太陽電池モジュール
【課題】太陽電池セルと金属基板の間の浮遊容量の影響が小さく、また、両者間の電位差が小さく、１モジュール当たりの出力電圧の高い高電圧太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】金属基板と、その上の絶縁層と、その上の、直列接続される複数の太陽電池セルと、２つの出力端子と、接地端子とを有し、各太陽電池セルは、絶縁層上の裏面電極層と、その上の、受光した光を電気に変換する光電変換層と、その上の透明電極層とを備え、２つの出力端子は、一方の端部の太陽電池セルの裏面電極層に接続される第１の出力端子と他方の端部の太陽電池セルの透明電極層に接続される第２の出力端子とからなり、さらに、複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス１０％〜マイナス１０％の範囲にある１つの接地用太陽電池セルの裏面電極層と金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、接地端子は、金属基板に接続され、金属基板及び導電層を介して接地用太陽電池セルに接続されることにより、上記課題を解決する。
【解決手段】金属基板と、その上の絶縁層と、その上の、直列接続される複数の太陽電池セルと、２つの出力端子と、接地端子とを有し、各太陽電池セルは、絶縁層上の裏面電極層と、その上の、受光した光を電気に変換する光電変換層と、その上の透明電極層とを備え、２つの出力端子は、一方の端部の太陽電池セルの裏面電極層に接続される第１の出力端子と他方の端部の太陽電池セルの透明電極層に接続される第２の出力端子とからなり、さらに、複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス１０％〜マイナス１０％の範囲にある１つの接地用太陽電池セルの裏面電極層と金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、接地端子は、金属基板に接続され、金属基板及び導電層を介して接地用太陽電池セルに接続されることにより、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール、特に薄膜型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池は普及の段階に入っており、太陽電池を構成する太陽電池モジュールとして、種々の太陽電池モジュールが提案されている。その中で注目されている従来型の集積型薄膜太陽電池モジュールを図７に示す。
図７に示す太陽電池モジュール５０は、光吸収により電流を発生する半導体の光電変換層２６を裏面電極（下部電極）２４と透明電極（上部電極）２８とで挟んだ積層構造の太陽電池セル（光電変換素子）２２を金属基板１２上に絶縁層１４が形成された絶縁層付き金属板からなる支持基板１６上に多数直列に接続して発電層５２を構成した集積型薄膜太陽電池モジュールである。図７に示すように、太陽電池モジュール５０では、多数直列に接続された太陽電池セル２２の中の一方の端部の太陽電池セル２２の裏面電極２４及び他方の端部の透明電極２８にそれぞれ引出線（リード線）が接続され、外部に電力が取り出せるようになっている。なお、太陽電池モジュール５０では、裏面電極２４は、太陽電池モジュール５０の正極端子として、透明電極２８は、その負極端子として例示されているが、光電変換層２６の種類によっては、逆に、裏面電極２４がその負極端子となり、透明電極２８がその正極端子となる場合もある。これらの太陽電池モジュール５０の正極端子及び負極端子は、リード線によって、例えばそれぞれ後述するインバータの正極端子及び負極端子に接続される。そして、太陽電池モジュール５０からの直流出力は、需要家内、例えば工場や事業所等の構内や家庭内で利用できるように、交流出力に変換される。
【０００３】
一方、これらの太陽電池モジュールを住宅用太陽電池システムに用いて実用化するための開発や提案も行われており、特に、直流電力を出力する太陽電池を商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させるための種々の提案がなされている（特許文献１及び２参照）。なお、太陽電池を交流電力系統と連系運転させるためには、系統連系規定に基づいて行う必要がある。
特許文献１には、複数の太陽電池モジュールを直列及び並列に接続してなる太陽電池アレイと、この太陽電池アレイの直流出力を商用交流電力系統と連系させるための交流電力に変換する非絶縁型インバータと、このインバータの交流出力と商用交流電力系統との間に接続された系統連系開閉器（スイッチ）及び漏電遮断器とを有し、少なくとも系統連系スイッチの開路時にこの連系開閉器より太陽電池アレイ側の電位を所定の電位に固定する電位固定手段をインバータ内に備えた太陽光発電装置が開示されている。
この太陽光発電装置では、商用交流電力系統との連系インバータとして用いられる非絶縁型インバータの交流出力は、直接、需要家内負荷、例えば工場や事業所等の構内負荷や家庭内負荷に接続されるが、商用交流電力系統は、連系開閉器及び漏電遮断器からなる漏電遮断機能付き回路遮断器（漏電ブレーカ）を介して構内負荷に接続され、構内において漏電故障等が生じた場合に需要家内負荷から商用交流電力系統を完全に切り離すようにされている。
【０００４】
ここで、特許文献１では、工場や事業所等の構内の建物では、もちろん、家庭等の一般住宅でも用いることができる屋根材一体型太陽電池パネルとして、複数の太陽電池モジュールを直列及び並列に接続した太陽電池アレイが開示されている。このような太陽電池モジュールとしては、補強板として屋根材や壁材などの建材とすることができる金属板を用い、この金属板上に太陽電池素子を充填材樹脂で封止した屋根材一体型太陽電池モジュールが用いられている。
このような太陽電池アレイを非絶縁型インバータと一緒に用いる場合、太陽電池アレイは、屋根等として屋外の比較的広い面積に設置されるため、地面との間に地面の間に無視し得ない対地浮遊容量を持ってしまい、系統連系スイッチをオンさせた時に、この浮遊容量による微少な漏電電流が生じて、漏電パルスとなって漏電ブレーカを不要動作させてしまう恐れがあるが、特許文献１では、インバータ内に電位固定手段を設け、系統連系スイッチをオンさせる前に、系統連系スイッチにより太陽電池アレイ側の電位を所定の電位に固定する、具体的には、商用交流電力系統の中点電位と非絶縁型インバータによる太陽電池アレイのＤＣ電力の昇圧後の電圧の中点電位とを同電位、例えば接地電位にすることにより、系統連系スイッチオン時の漏電ブレーカのトリップを防止することを可能にしている。すなわち、特許文献１では、太陽電池アレイの電位を固定し、太陽電池アレイの対地浮遊容量、ひいては金属板と太陽電池素子間の浮遊容量や電位差を固定することを考慮している。
【０００５】
また、特許文献２では、太陽電池アレイと、非絶縁型インバータと、非絶縁型インバータと負荷との間及び電力系統と負荷との間にそれぞれ漏電遮断器とを有する太陽光発電装置において、特許文献１のような電位固定手段を設けるのではなく、太陽電池の対地浮遊容量Ｃａ（μＦ）と漏電遮断器の定格感度電流ＥＬ（ｍＡ）の間にＣａ＜ＥＬ／３ なる関係を持たせることにより、太陽電池の浮遊容量による漏れ電流を漏電遮断器の不感領域にでき、漏電遮断器の不要動作を無くし、需要家内、例えば、工場や事業所等の構内の建物や家庭の住宅内の停電やそれによる太陽光発電装置の不要な停止を防止し、発電電力量の損失を防止することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５２８０３号公報
【特許文献２】特開平１０−３２２８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の場合、直列接続される太陽電池セル２２の数を増やして１モジュール当たりの出力電圧を増加させていくと、金属基板１２と発電層２０の裏面電極２４との間の電圧は、最大１モジュール当たりの出力電圧に等しくなるので、金属基板１２と発電層２０の裏面電極２４との間の絶縁層１４の耐圧を高くしなければならないが、絶縁層１４の耐圧には限界があるため、１モジュール当たりの出力電圧をあまり高くすることはできないという問題があった。
また、特許文献１に開示された太陽光発電装置では、系統連系スイッチオン時の漏電遮断器の不要動作をなくすことはできるが、電位固定手段を新たに設ける必要があり、例えばインバータ内に新たに設ける必要があるし、また、電位固定手段を作動させるために電力が必要であり、太陽電池が発電した電力を消費することになるし、また、系統連係開始後も、電位固定手段が作動するために太陽電池の発電電力を消費し続けることになるという問題があった。特許文献１には、系統連係開始後の電位固定手段による消費電力をなくすために、電位固定手段にスイッチング素子を設け、系統連係スイッチのオフ／オンに連動させてスイッチング素子をオン／オフすることを開示しているが、系統連係スイッチのオフの間には電位固定手段による消費電力をなくすことはできないし、電位固定手段に加えて、さらにスイッチング素子を追加しなければならないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示された太陽光発電装置では、特許文献１の場合と同様に、系統連系スイッチオン時の漏電遮断器の不要動作をなくすことはできるが、太陽電池の浮遊容量を漏電遮断器の感度に応じて抑える必要があるため、使用できる太陽電池パネルの枚数が制限されてしまうという問題があるし、使用できる太陽電池パネルの枚数を増やして高電圧を出力するためには、漏電遮断器の感度を低感度に（検出する漏れ電流の大きさを大きく）する必要があるが、あまり低感度にすると、需要家内の負荷の漏電を検出できずに危険となるという問題があった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、太陽電池セルの発電層と金属基板との間の浮遊容量の影響を小さくし、また両者間の電位差を小さくして、発電層と金属基板との間の絶縁層の耐圧を高くする必要が無く、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができる高電圧の太陽電池モジュールを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させる際に、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、１セットの太陽電池として使用できる数に制限がなく、高電圧を出力できる太陽光発電システムを構成することができる太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の第１及び第２の目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、金属基板と、該金属基板上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成され、直列接続される複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルの両端部に設けられる２つの出力端子と、前記複数の太陽電池セルの中央部側に接続される接地端子と、を有し、各太陽電池セルは、該絶縁層上に形成された裏面電極層と、該裏面電極層上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層と、該光電変換層上に形成された透明電極層と、を備え、前記複数の太陽電池セルは、各太陽電池セルの前記透明電極層が、隣接する太陽電池セルの前記裏面電極層に接続されることにより、直列に接続され、前記２つの出力端子は、前記複数の太陽電池セルの一方の端部の太陽電池セルの前記裏面電極層に接続される第１の出力端子と、他方の端部の太陽電池セルの前記透明電極層に接続される第２の出力端子とからなり、さらに、前記複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス１０％〜マイナス１０％の範囲にある１つの接地用太陽電池セルの前記裏面電極層と前記金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、前記接地端子は、前記金属基板に接続され、該金属基板及び前記導電層を介して前記接地用太陽電池セルに接続されることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルからプラス５％〜マイナス５％の範囲にある１つの太陽電池セルであるのが好ましく、より好ましくは、前記真中の太陽電池セルである。
【００１２】
また、前記導電層は、前記接地用太陽電池セルの前記金属基板上の前記絶縁層を加熱超音波処理することにより導電化した層であるのが好ましく、より好ましくは、少なくとも前記金属基板上の前記絶縁層上に前記裏面電極層を形成した後、少なくとも前記裏面電極層が形成された前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層であり、さらに好ましくは、前記導電層は、前記複数の太陽電池セルを形成した後、前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である。
あるいは、前記導電層は、前記金属基板上に前記絶縁層を形成した後、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を除去し、その後、前記絶縁層及び前記金属基板上に前記裏面電極層を形成することにより前記金属基板上に形成される当該接地用太陽電池セルの前記裏面電極層であるのが好ましい。
【００１３】
さらに、前記複数の太陽電池セルは、複数のライン状の溝部によって分離され、それぞれ前記金属基板上の前記絶縁層上にライン状に形成され、前記裏面電極層、前記光電変換層、前記透明電極層及び前記導電層の形状は、ライン状であるのが好ましい。
また、前記太陽電池セルは、集積型薄膜太陽電池セルであるのが好ましい。
また、前記太陽電池セルは、ＣＩＳ系薄膜型太陽電池セル、ＣＩＧＳ系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池セル、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか１つの薄膜型太陽電池セルを有するのが好ましい。
【００１４】
また、前記光電変換層は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体を主成分とする層であるのが好ましく、より好ましくは、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる、少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層であり、さらに好ましくは、Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層である。
【００１５】
また、前記絶縁層が形成された前記金属基板は、陽極酸化処理されたアルミニウム基板からなり、前記絶縁層は、陽極酸化膜であるのが好ましく、また、前記アルミニウム基板は、複合材料からなる複合アルミニウム基板であるのが好ましく、さらに、前記複合アルミニウム基板は、鋼板を２枚のアルミニウム板で挟んだクラッド板、又はステンレス板とアルミニウム板とのクラッド板であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、太陽電池セルの発電層と金属基板との間の浮遊容量の影響を小さくして、また、両者間の電位差を小さくすることができ、発電層と金属基板との間の絶縁層の耐圧を高くする必要を無くし、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができる。その結果、本発明によれば、高電圧の太陽電池モジュールを得ることができる。
また、本発明によれば、商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させるために、太陽電池を用いる太陽光発電システムとして構成する際に、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、１セットの太陽電池として使用できる数に制限がなく、高電圧を出力することができる太陽光発電システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を模式的に示す回路構成図である。
【図２】図１に示す太陽電池モジュールの第１実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示す太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための製造中の太陽電池モジュールの斜視図である。
【図４】図２に示す太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す太陽電池モジュールの第２実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の太陽電池モジュールを用いた太陽電池システムの一構成例を模式的に示す構成図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る太陽電池モジュールを添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に示す回路構成図である。図２は、図１に示す太陽電池モジュールの第１実施形態を模式的に示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の太陽電池モジュール１０は、例えば、接地された略長方形状の金属基板１２及び金属基板１２上に形成された電気的な絶縁層１４からなる支持基板１６と、絶縁層１４上に形成され、直列に接続された複数の太陽電池セル２２からなる発電層２０とを有する。
本発明の太陽電池モジュール１０は、発電層２０の複数の太陽電池セル２２の中の一方の端部にある太陽電池セル２２ａの正極（プラス）側を正極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の正極端子に接続し、他方の端部にある太陽電池セル２２ｂの負極（マイナス）側を負極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の負極端子に接続すると共に、複数の太陽電池セル２２の中の真中（中央）にある太陽電池セル２２の、又は略中央にある太陽電池セル２２、すなわち中央にある２つの太陽電池セル２２の一方の正極側または負極側を接地端子として、支持基板１６の金属基板１２に直接電気的に接続することにより接地（グランドに）することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の太陽電池モジュール１０においては、図１に示すように、支持基板１６の金属基板１２は接地されおり、その正極または負極が支持基板１６の金属基板１２に直接電気的に接続される接地用太陽電池セル３０（図２及び図４参照）は接地されるが、この接地用太陽電池セル３０は、複数の太陽電池セル２２の中の真中又は略中央の位置にある太陽電池セル２２とするのが最も好ましい。
こうすることにより、複数の太陽電池セル２２の中の真中の位置を中心として一端部側にある太陽電池セル２２ａまで、すなわちプラス（正）側の発電層２０ａ内の太陽電池セル２２の数と、他端部側にある太陽電池セル２２ｂまで、すなわちマイナス（負）側の発電層２０ｂ内の太陽電池セル２２の数とを同一、又は略同一にすることができ、接地用太陽電池セル３０を設けない図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の発電層５２の太陽電池セル２２の数、すなわちその両端部側にある太陽電池セル２２ａ及び２２ｂ間の太陽電池セル２２の数に比べて半分にすることができる。
【００２１】
その結果、図示例の太陽電池モジュール１０では、接地用太陽電池セル３０の接地電位（グランド）に対する、発電層２０ａの太陽電池セル２２ａの正極端子の正電位との電位差（電圧）の大きさと発電層２０ｂの太陽電池セル２２ｂの負極端子の負電位との電位差（電圧）の大きさとを同一、又は略同一にすることができ、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の発電層５２の太陽電池セル２２ａと２２ｂとの間の電位差（電圧）の大きさに比べて半分にすることができる。
このため、太陽電池モジュール１０では、金属基板１２と発電層２０との間の電圧を、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の金属基板１２と発電層５２との間の電圧の半分にすることができるので、金属基板１２と発電層２０間の絶縁層１４に要求される耐電圧が、従来の太陽電池モジュール５０の場合の半分で済むことから、同じ耐電圧の絶縁層１４を用いた場合、発電層２０全体、すなわち太陽電池セル２２ａと２２ｂとの間の電位差（電圧）の大きさを２倍にすることができ、２倍の電圧を持つ太陽電池モジュールを作ることができる。
【００２２】
以上のように、太陽電池モジュール１０においては、発電層２０の複数の太陽電池セル２２の中に中性点となる接地点（グランド）を持たせているので、金属基板１２と発電層２０との間の浮遊容量の影響を小さくして、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができ、高電圧の太陽電池モジュールを作るのに適している。
また、この構造にすることにより、後述するが、インバータを直接接続でき、交流出力の接地（グランド）あるいは中性点を、太陽電池モジュール１０の接地（グランド）と一致させることができるため、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを接続しやすい利点がある。
【００２３】
なお、図１に示す太陽電池モジュール１０においては、接地する位置（接地用太陽電池セル３０の位置）を、複数の太陽電池セル２２の中の真中又は略中央の位置（その位置にある太陽電池セル２２）としているが、本発明はこれに限定されず、複数の太陽電池セル２２の中の真中の位置を中心として一端部側にある太陽電池セル２２ａ及び他端部側にある太陽電池セル２２ｂの位置をそれぞれ±１００％とするとき、真中の位置から±１０％以内、すなわち、＋（プラス）１０％〜−（マイナス）１０％の範囲内の位置にある太陽電池セル２２としても良い。
その理由は、太陽電池モジュール１０において接地する位置を、複数の太陽電池セル２２の中の真中から±１０％以内の位置にある太陽電池セル２２としても、上述の場合と同様に、両側にある発電層２０（２０ａ及び２０ｂ）の接地電位（グランド）に対する電圧の大きさを、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０に比べて、５５％以下にすることができ、金属基板１２と発電層２０との間の電圧、したがって、その間の絶縁層１４に要求される耐電圧を、従来の太陽電池モジュール５０に比べて５５％にすることができ、同じ耐電圧の絶縁層１４を用いた場合、発電層２０全体の電圧の大きさを１．８倍にすることができ、１．８倍の電圧を持つ太陽電池モジュールを作ることができるからである。
【００２４】
また、このような場合も、上述の場合と同様に、発電層２０の複数の太陽電池セル２２の中に中性点となる接地点（グランド）を持たせていることなるので、従来の太陽電池モジュール５０に比べて、金属基板１２と発電層２０との間の浮遊容量の影響を小さくすることができ、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができ、高電圧の太陽電池モジュールを作るのに適している。
また、このような構造にして、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを直接接続した場合、交流出力の接地（グランド）あるいは中性点と、太陽電池モジュール１０の接地（グランド）とを完全に一致させることはできないが、このずれによる漏洩電流は、従来技術において述べたように漏電ブレーカ等の回路遮断器を不要動作させてしまうほど大きくはないからである。
【００２５】
換言すれば、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを直接接続した場合に漏電ブレーカ等の回路遮断器を不要動作させない程度のずれであれば、真中の位置からどのような位置にずれていても良い。すなわち、真中の位置からずれ量は、接続されるインバータや漏電ブレーカ等の回路遮断器に応じて設定するようにしても良い。
なお、以上のような理由から、本発明においては、接地する位置を真中の位置から±５％以内、すなわち、＋（プラス）５％〜−（マイナス）５％の範囲内の位置にある太陽電池セル２２とするのがより好ましいのはもちろんである。
【００２６】
図示例の太陽電池モジュール１０に用いられる支持基板１６は、金属基板１２とその上に形成された絶縁層１４とを有する絶縁層付き金属板である。支持基板１６としては、絶縁層付き金属板であれば、特に制限はないが、アルミニウム（Ａｌ）板の少なくとも一方の面側を陽極酸化して陽極酸化膜を絶縁層１４として形成し、陽極酸化されなかったＡｌ板を金属基板１２とすることにより得られた支持基板であるのが好ましい。
ここで、金属基板１２としては、絶縁層１４を形成することができ、絶縁層付き金属板である支持基板１６とした時に発電層２０を支持することができれば特に制限はないが、少なくとも片側表面がＡｌ層であるＡｌ基板が好ましく、例えば、Ａｌ基板、及びＡｌと他の金属との複合材料からなる複合Ａｌ基板などを挙げることができる。
金属基板１２の厚さは、太陽電池モジュール１０全体の強度の観点により適宜選択できるが、絶縁層付き金属板である支持基板１６とした形体において０．１〜１０ｍｍであるのが好ましい。なお、Ａｌ基板や複合Ａｌ基板などから支持基板１６を製造する際には、陽極酸化、及び陽極酸化の事前洗浄や研磨により厚さの減少を見越した厚さとしておく必要がある。
【００２７】
本発明では、Ａｌ基板としては、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）の１０００系純Ａｌ板であってもよいし、Ａｌ合金板、例えばＡｌ−Ｍｎ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｚｒ系合金板、Ａｌ−Ｓｉ系合金板、及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板等のＡｌと他の金属元素との合金板であってもよい。
また、複合Ａｌ基板としては、Ａｌ板と他の金属板とのクラッド板、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）板とのクラッド板、種々の鋼板を２枚のＡｌ板で挟み込んだクラッド板であっても良い。なお、本発明では、Ａｌ板とのクラッド板を構成する他の金属板は、各種のステンレス鋼板の他、例えば、軟鋼等の鋼、４２インバー合金、コバール合金、または３６インバー合金からなる板材を用いることができるし、また、本発明の太陽電池モジュールを屋根材一体型太陽電池パネルとして用いることができるように、家屋や建物等の屋根材や壁材として使用可能な金属板を用いてもよい。
ここで用いられるＡｌ板やＡｌ合金板には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、及びＴｉ等の各種微量金属元素が含まれていてもよい。
【００２８】
金属基板１２上に形成される絶縁層１４としては、特に制限的ではないが、金属基板１２がＡｌ基板又は複合Ａｌ基板である場合には、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極酸化することによりその表面に形成された陽極酸化膜であるのが好ましい。なお、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板の陽極酸化は、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加して電解処理することにより実施できる。
なお、絶縁層１４となる陽極酸化膜は、金属基板１２となるＡｌ基板や複合Ａｌ基板のＡｌ層の片側表面に形成されていればよいが、Ａｌ基板や２枚のＡｌ板で挟んだクラッド板の場合には、発電層２０の形成工程等において、Ａｌ層と陽極酸化膜との熱膨張係数差に起因した反りや陽極酸化膜に発生するクラック等を抑制するために、両側のＡｌ層表面に陽極酸化膜を設けるのが好ましい。
また、こうして形成される絶縁層１４の厚さ、すなわち陽極酸化膜の厚さは、特に制限的ではないが、絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷等を防止する表面硬度を有しておれば良いが、厚すぎると可撓性の観点で問題を生じる場合がある。このことから、好ましい厚さは、０．５〜５０μｍであり、厚さの制御は定電流電解や定電圧電解とともに、電解時間により制御することができる。
また、絶縁層１４の種類としては、Ａｌの陽極酸化被膜以外に、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂ、Ｐ、Ｔｉ等の元素を含んだガラスなどの各種酸化物層を蒸着、ゾルゲル法等の各種方法で形成したものであっても良い。
【００２９】
図２に示す本発明の第１実施形態の太陽電池モジュール１０は、サブストレート型と呼ばれるものであり、太陽電池サブモジュール１０に設けられる発電層（光電変換素子）２０は、薄膜集積型のものである。発電層２０は、支持基板１６の絶縁層１４上に、その中心若しくは略中心の位置に形成された接地用太陽電池セル３０と、この両側にそれぞれ直列に接続されて形成された複数の太陽電池セル２２とを有するものである。
ここで、太陽電池セル２２は、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の太陽電池セル２２と同様に、支持基板１６の絶縁層１４の表面上に形成された裏面電極２４と、裏面電極２４上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層２６と、光電変換層２６上に形成された透明電極２８とを有し、絶縁層１４上に裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８が順次積層されてなるものである。
【００３０】
一方、接地用太陽電池セル３０は、本発明の特徴とする部分であって、太陽電池セル２２の支持基板１６上に形成された絶縁層１４の一部が導電層３２となったものであり、導電層３２上に、太陽電池セル２２と同様に、裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８が順次積層されてなるものである。この接地用太陽電池セル３０は、裏面電極２４と金属基板１２とを導通して電気的に接続する導電層３２が形成されていれば、発電に寄与するセルであっても良いし、発電に寄与しないセルであっても良い。
なお、図２には図示されていないが、太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０においては、光電変換層２６上にバッファ層が形成され、裏面電極２４、光電変換層２６、バッファ層及び透明電極２８が順次積層されていても良い。
【００３１】
複数の太陽電池セル２２においては、裏面電極２４は、隣接する（図中左隣り）の太陽電池セル２２又は接地用太陽電池セル３０の端部側（図中右側の一部）の領域から当該太陽電池セル２２（図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４と所定の間隔の隙間２５をあけて絶縁層１４の表面上に形成されている。接地用太陽電池セル３０においても、裏面電極２４は、太陽電池セル２２と同様に、隣接する（図中左隣り）の太陽電池セル２２の端部側（図中右側の一部）の領域から接地用太陽電池セル３０（図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４と所定の間隔の隙間２５をあけて導電層３２及び絶縁層１４の表面上に形成されている。なお、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４の大部分は、導電層３２上に配置される。
【００３２】
また、複数の太陽電池セル（以下、単に電池セルという）２２及び接地用太陽電池セル（以下、単に電池セルという）３０においては、光電変換層２６は、隣接する裏面電極２４間の隙間２５を埋めるように裏面電極２４上に形成されている。したがって、光電変換層２６は、この隙間２５の部分では、絶縁層１４及び／又は導電層３２に直接接することになる。
また、光電変換層２６には、隣接する電池セル２２又は３０から延在する裏面電極２４にまで達する溝２７が形成されている。したがって、この溝２７は、隣接する裏面電極２４間の隙間２５とは異なる位置（図中右側）に形成されている。
また、透明電極２８は、光電変換層２６の溝２７を埋めるように光電変換層２６の表面上に形成されている。したがって、透明電極２８は、この溝２７の部分において、隣接する電池セル２２又は３０の裏面電極２４に直接接触しており、電気的に接続されている。こうして、隣接する２つの電池セル２２同士、及び隣接する電池セル２２と３０とは、直列に接続される。
【００３３】
さらに、複数の電池セル２２及び３０においては、電池セル２２又は３０の透明電極２８及び光電変換層２６と、隣接する電池セル２２又は３０の透明電極２８及び光電変換層２６との間には、裏面電極２４にまで達する開口２７が形成されている。この開口２７によって、隣接する２つの電池セル２２同士、及び隣接する電池セル２２と３０とは、分離されている。
上述したように、複数の電池セル２２及び３０は、当該電池セル２２又は３０の透明電極２８と隣接する電池セル２２又は３０の裏面電極２４とが接続されることにより、直列に接続される。
【００３４】
本実施形態においては、図２に示す太陽電池モジュール１０においては、一方（図中左側）の端部の電池セル２２の裏面電極２４は、図示しない銅リボン等のリード線によってプラス（＋）端子として引き出され、他方（図中右側）の端部の電池セル２２の透明電極２８は、同様なリード線によってプラス（−）端子として引き出され、真中又は略中央の電池セル３０の裏面電極２４は、導電層３０を介して接地された金属基板１２に電気的に接続されることにより接地される。なお、金属基板１２は、同様なリード線によって接地端子に接続されている。
なお、電池セル２２及び３０は、図２に示す断面に垂直な方向（図２の紙面に直交する方向）に、矩形状の金属基板１２の一辺にそって平行に延在するライン状に形成された短冊状の形状を有する。したがって、裏面電極２４及び透明電極２８も、同様に、金属基板１２の辺に平行な一方向に長い短冊状の電極である。
【００３５】
本実施形態の太陽電池セル（光電変換素子）２２は、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セル（ＣＩＧＳ系光電変換素子）と呼ばれるものであり、例えば、裏面電極２４がモリブデン電極で、光電変換層２６がＣＩＧＳで、透明電極２８がＺｎＯで構成される。なお、バッファ層が形成される場合には、ＣｄＳで構成される。なお、接地用太陽電池セル３０も、同様な構成とされる。
なお、このような電池セル２２及び３０は、例えば、公知のＣＩＧＳ系の太陽電池の製造方法により製造することができる。また、裏面電極２４間の隙間２５、光電変換層２６に形成された裏面電極２４にまで達する溝２７、光電変換層２６及び透明電極を一体として隣接する光電変換層２６及び透明電極から分離するための裏面電極２４に達する開口２７等のライン状の溝部は、レーザスクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
【００３６】
本実施形態の太陽電池モジュール１０において、太陽電池セル２２及び３０に、透明電極２８側から光が入射されると、この光が透明電極２８およびバッファ層（図示せず）を通過し、光電変換層２６に達すると起電力が発生し、例えば、透明電極２８から裏面電極２４に向かう電流が発生する。なお、図２に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、図２中、左側の端の太陽電池セル２２の裏面電極２４が正極（プラス（＋）極）になり、右側の端の太陽電池セル２２の透明電極２８が負極（マイナス（−）極）になる。
【００３７】
次に、発電層２０を構成する太陽電池セル２２及び３０の各要素について説明スル。
太陽電池セル２２及び３０において、裏面電極２４および透明電極２８は、いずれも光電変換層２６で発生した電流を取り出すためのものである。裏面電極２４および透明電極２８は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極２８は透光性を有する必要がある。
裏面電極２４は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、又はＷ、及びこれらを組み合わせたものから構成される。この裏面電極２４は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。
裏面電極２４は、厚さが１００ｎｍ以上であることが好ましく、０．４５〜１．０μｍであることがより好ましい。
また、裏面電極２４の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
【００３８】
透明電極２８は、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、またはＳｎＯ２およびこれらを組み合わせたものにより構成される。この透明電極２８は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。また、透明電極２８の厚さは、特に制限されるものではなく、０．３〜１μｍが好ましい。
また、透明電極２８の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
なお、透明電極２８上に、ＭｇＦ２等の反射防止膜が形成されていても良い。
【００３９】
バッファ層は、透明電極２８の形成時の光電変換層２６を保護すること、透明電極２８に入射した光を光電変換層２６まで透過させるために形成される。
このバッファ層は、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、又はＺｎＳ（Ｏ、ＯＨ）およびこれらの組み合わせたものにより構成される。
バッファ層は、厚さが、０．０３〜０．１μｍが好ましい。また、このバッファ層は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバス）法、溶液成長法等により形成される。
なお、ＣＢＤ−ＣｄＳ等のバッファ層とＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極２８との間に、例えば、ＺｎＯ等からなる高抵抗膜を形成しておいても良い。
【００４０】
光電変換層２６は、透明電極２８及びバッファ層を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層である。本実施形態において、光電変換層２６の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であるのが好ましい。また、光電変換層２６は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であってもよい。
【００４１】
さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光電変換層２６は、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のＩｂ族元素と、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のＩＩＩｂ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、およびＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。この化合物半導体としては、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＧａＳ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＡｌＴｅ２、ＡｇＧａＴｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＡｌｘ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２、Ａｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２、およびＡｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２等が挙げられる。
【００４２】
光電変換層２６は、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、及び／又はこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳおよびＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。
【００４３】
光電変換層２６には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および／又は積極的なドープによって、光電変換層２６中に含有させることができる。光電変換層２６中において、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の構成元素および／又は不純物には濃度分布があってもよく、ｎ型、ｐ型、およびｉ型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、ＣＩＧＳ系においては、光電変換層２６中のＧａ量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅／キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
【００４４】
光電変換層２６は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の１種又は２種以上の半導体を含んでいてもよい。Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の半導体としては、Ｓｉ等のＩＶｂ族元素からなる半導体（ＩＶ族半導体）、ＧａＡｓ等のＩＩＩｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ等のＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素からなる半導体（ＩＩ−ＶＩ族半導体）等が挙げられる。光電変換層２６には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光電変換層２６中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層２６中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、７５質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。
【００４５】
本実施形態において、光電変換層２６をＣＩＧＳ層とした場合、ＣＩＧＳ層の成膜方法としては、１）多源同時蒸着法、２）セレン化法（セレン化／硫化法）、３）スパッタ法、４）ハイブリッドスパッタ法、及び５）メカノケミカルプロセス法等が知られている。
１）多源同時蒸着法としては、
３段階法（J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等）と、ＥＣグループの同時蒸着法（L.Stolt et al.：Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等）とが知られている。
前者の３段階法は、高真空中で最初にＩｎ、Ｇａ、及びＳｅを基板温度３００℃で同時蒸着し、次に５００〜５６０℃に昇温してＣｕ及びＳｅを同時蒸着後、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅをさらに同時蒸着する方法である。後者のＥＣグループの同時蒸着法は、蒸着初期にＣｕ過剰ＣＩＧＳ、後半でＩｎ過剰ＣＩＧＳを蒸着する方法である。
【００４６】
ＣＩＧＳ膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、
ａ）イオン化したＧａを使用する方法（H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203（2006）p.2603.等）、
ｂ）クラッキングしたＳｅを使用する方法（第６８回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集（２００７秋 北海道工業大学）７Ｐ−Ｌ−６等）、
ｃ）ラジカル化したＳｅを用いる方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１０等）、
ｄ）光励起プロセスを利用した方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１４等）等が知られている。
【００４７】
２）セレン化法は２段階法とも呼ばれ、最初に、Ｃｕ層／Ｉｎ層または（Ｃｕ−Ｇａ）層／Ｉｎ層等の積層膜の金属プレカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で４５０〜５５０℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。
【００４８】
セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法（T.Nakada et.al,, Solar Energy Materials and Solar Cells 35(1994)204-214.等）、及び金属薄層間にセレンを挟み（例えばＣｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層…Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層と積層する）多層化プリカーサ膜を形成する方法（T.Nakada et.al,, Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference(1991)887-890. 等）が知られている。
また、グレーデッドバンドギャップＣＩＧＳ膜の成膜方法として、最初にＣｕ−Ｇａ合金膜を堆積し、その上にＩｎ膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してＧａ濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある（K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996(Intn.PVSEC-9，Tokyo，1996)p.149.等）。
【００４９】
３）スパッタ法としては、
ＣｕＩｎＳｅ２多結晶をターゲットとした方法、Ｃｕ２ＳｅとＩｎ２Ｓｅ３をターゲットとし、スパッタガスにＨ２Ｓｅ／Ａｒ混合ガスを用いる２源スパッタ法（J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf.(1985)1655-1658.等）、および
Ｃｕターゲットと、Ｉｎターゲットと、ＳｅまたはＣｕＳｅターゲットとをＡｒガス中でスパッタする３源スパッタ法（T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等）が知られている。
【００５０】
４）ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、ＣｕとＩｎ金属は直流スパッタで、Ｓｅのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法（T.Nakada,et.al., Jpn.Appl.Phys.34(1995)4715-4721.等）が知られている。
【００５１】
５）メカノケミカルプロセス法は、ＣＩＧＳの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してＣＩＧＳ粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、ＣＩＧＳの膜を得る方法である（T.Wada et.al, Phys.stat.sol.(a), Vol.203（2006）p2593等）。
その他のＣＩＧＳ成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、ＭＯＣＶＤ法、及びスプレー法などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法またはスプレー法等で、Iｂ族元素、IIIｂ族元素、及びVIｂ族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理（この際、VIｂ族元素雰囲気での熱分解処理でもよい）を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる（特開平９−７４０６５号公報、特開平９−７４２１３号公報等）。
【００５２】
上述した実施形態の太陽電池モジュール１０の太陽電池セル２２及び３０は、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セルであったが、本発明はこれに限定されず、本発明の太陽電池サブモジュールの太陽電池セル（光電変換素子、特に、その光電変換層）の構成は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系太陽電池セル、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）、直列接続構造（ＳＣＡＦ）系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ直列接続構造太陽電池セル）、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）系太陽電池セル、薄膜シリコン系太陽電池セル、色素増感系太陽電池セル、または有機系太陽電池セルであってもよいし、サブストレート型と呼ばれるものであっても、スーパーストレート型と呼ばれるものであっても良い。
なお、図２に示す実施形態の太陽電池モジュール１０では、裏面電極２４側が正極（＋極）、透明電極２８側が（−極）であったが、本発明はこれに限定されず、太陽電池セルに応じて、裏面電極２４側を正極（＋極）、透明電極２８側を（−極）としても良い。
【００５３】
例えば、太陽電池セル２２及び３０として、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）を用いる場合には、例えば、裏面電極２４として、Ａｇ（銀）及びＺｎＯが積層された電極を、透明電極２８として、ＩＴＯを用い、光電変換層２６として、例えば、ｎ型半導体層、微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層され、さらにその上に、ｎ型半導体層、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層された光電変換層を用いることができる。
また、太陽電池セル２２及び３０として、ＣｄＴｅ系太陽電池セルを用いる場合には、光電変換層２６として、例えば、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）型と呼ばれる光電変換層を用いることができる。
【００５４】
次に、接地用太陽電池セル３０の導電層３２について説明する。
導電層３２は、本発明の最も特徴とする部分であって、接地用太陽電池セル３０において、金属基板１２と裏面電極２４との間に絶縁層１４の代わりに配置されるもので、導電性を有し、裏面電極２４を接地された金属基板１２に電気的に接続して導通させ、接地させるためのものである。
導電層３２は、金属基板１２の成分と絶縁層１４の成分と裏面電極２４の成分とが混合された状態となったもので、その結果導電性を持つようになったものである。
ここで、図２に示す例では、導電層３２は、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４の下側部分にのみ形成され、間隙２５の下側部分には形成されておらず絶縁層１４が残されているが、本発明はこれに限定されず、接地用太陽電池セル３０内であれば、間隙２５の下側部分や隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４の下側部分も導電層３２となっていても良い。しかし、この場合には、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４と隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４とが短絡されるので、接地用太陽電池セル３０は、発電には寄与しなくなる。
【００５５】
このような導電層３２は、例えば、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０を製造した後、図３に示すように、接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の透明電極２８上に超音波はんだ３４を塗布し、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２のみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル２２の超音波はんだ３４が塗布された部分に対応する絶縁層１４を破壊すると共に、破壊された絶縁層１４に接していた金属基板１２及び裏面電極２４の表面を溶解して混合させ、金属基板１２と裏面電極２４と破壊された絶縁層１４とを混合状態にすることにより形成することができる。なお、導電層１４の混合状態の形成は、特に明らかにされていないが、例えば、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２のみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル２２の超音波はんだ３４が塗布された部分に対応する絶縁層１４を破壊して微細な空隙を生じさせて多孔質とすると共に、破壊された絶縁層１４に接していた金属基板１２及び裏面電極２４の表面を溶解して破壊された絶縁層１４の微細な空隙に浸入して行くことにより混合状態が形成されるものと推定される。なお、接地用太陽電池セル３０の透明電極２８や光電変換層２６も破壊される場合には、これらや超音波はんだ３４も混じった導電層３２が形成されても良い。はんだはセル全面に塗布しても良いが図３のように透明導電膜２８を片側あるいは両側に残しても良い。また、はんだを塗布せずにセル上にはんだを供給しながら線状に順にはんだ付けしても構わないが、はんだを配置してから線上を一度にはんだ付けする、あるいは線状の複数個所を同時にはんだ付けするのが生産上好ましい。
【００５６】
なお、このようにして形成された導電層３２の導電性は、導電層３２の混合状態によって決まるものであると考えられるので、接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の構成や機能や発電機能の要否、特に絶縁層１４等の厚さに応じて、超音波はんだ３４の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等を適切に制御することにより制御することができ、必要な導電性を得るようにすることができる。
導電層３２の導電性と、太陽電池セル２２の構成や機能、特に絶縁層１４等の厚さと、超音波はんだ３４の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等との関係は、予め、実験やシミュレーション等により求めておけばよい。
【００５７】
上述した例では、図７に示すように、一旦、従来の太陽電池モジュール５０を製造した後に、導電層３２を形成しているが、本発明はこれに限定されず、金属基板１２上に絶縁層１４が形成されていれば、太陽電池モジュールの製造のどの段階で形成しても良い。
例えば、金属基板１２上の絶縁層１４の、接地用太陽電池セル３０となる該当部分に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層１４と金属基板１２と超音波はんだとが混合された導電層３２を形成しておき、その後に、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。また、金属基板１２上の絶縁層１４上に裏面電極２４を形成した後、接地用太陽電池セル３０となる該当部分の裏面電極２４に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層１４と金属基板１２と裏面電極２４とが混合された導電層３２、又はさらに超音波はんだも混合された導電層３２を形成し、その上に順次、光電変換層２６及び透明電極２８を形成して、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。さらに、光電変換層２６を形成した後に、同様にして導電層３２を形成し、その上に透明電極２８を形成して、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。
これらの方法は、いずれも、導電層３２を形成した後に、太陽電池セル２２を完成することになるので、裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８の１つ以上を形成する必要があることから、正確なアラインメントが必要となるため、太陽電池セル２２を形成した後に、導電層３２を形成する方が好ましい。
【００５８】
本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールは、基本的に以上のように構成されるものであり、以下のようにして製造される。
図４は、図２に示す本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。
図４に示すように、金属基板１２としてＡｌ基板を用いて、上述した方法で陽極酸化処理を行い、表面に絶縁層１４となる陽極酸化被膜を形成して、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を形成し、これを支持基板１６として準備する（ステップＳ１００）。
もちろん、予め、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を支持基板１６として準備しても良い。
【００５９】
次に、支持基板１６の絶縁層１４上に、上述したＤＣマグネトロンスパッタ法等の公知の成膜法によりＭｏを成膜してＭｏ膜を形成する（ステップＳ１０２）。
次に、こうして絶縁層１４上に形成されたＭｏ膜を上述したレーザスクライビング法により切断して、パターン１にパターニングして間隙２５を形成し、裏面電極２４を形成する（ステップＳ１０４）。
次に、絶縁層１４上に形成された裏面電極２４上に、間隙２５を埋めるように、上述したセレン化／硫化法又は多源同時蒸着法等の公知の方法により光電変換層２６となるＣＩＧＳ系化合物半導体膜（ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収膜）を形成する（ステップＳ１０６）。
続いて、こうして形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜上に、上述したＣＢＤ等の公知の方法によりバッファ層となるＣｄＳ膜（ｎ型高抵抗バッファ層）を形成する（ステップＳ１０８）。
次に、こうして裏面電極２４上に形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜及びＣｄＳ膜を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン２にパターニングして裏面電極２４にまで達する溝２７を形成し、光電変換層２６及びバッファ層を形成する（ステップＳ１１０）。
【００６０】
続いて、こうして形成されたバッファ層（光電変換層２６）上に、溝２７を埋めるように、上述したＭＯＣＶＤ法又はＲＦスパッタ法等の公知の方法により透明電極層２８となるＺｎＯ膜（ｎ型ＺｎＯ透明導電膜窓層）を形成する（ステップＳ１１２）。
次に、こうして形成されたＺｎＯ膜、バッファ層及び光電変換層２６を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン３にパターニングして、隣接する太陽電池セル２２間に、裏面電極２４にまで達する開口２９を形成し、各太陽電池セル２２毎に光電変換層２６、バッファ層及び透明電極層２８を個々に分離して、複数の太陽電池セル２２を形成する（ステップＳ１１４）。
続いて、予め設定されている接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の透明電極層２８上に超音波はんだ３４を塗布する（ステップＳ１１６）。 次に、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２の透明電極層２８に選択的に加熱超音波処理を施し、その絶縁層１４を破壊してその成分と金属基板１２の成分と裏面電極２４の成分とを混合して導電層３２を形成する（ステップＳ１１８）。
こうして、本実施形態の太陽電池モジュール１０が形成される（ステップＳ１１８）。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールについて説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
なお、図５に示す本実施形態の太陽電池モジュール４０と、図２に示す第１の実施形態の太陽電池サブモジュール１０とは、接地用太陽電池セル３０の導電層４２の構成が異なる以外は、同一の構成を有するものであり、同一構成要素には同一参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図５に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール４０は、第１の実施形態の太陽電池サブモジュール１０の接地用太陽電池セル３０の導電層３２の代わりに、隣接する太陽電池セル２２から延在する裏面電極２４が直接金属基板１２と光電変換層２６との間に配置されて導電層４２が形成されている。したがって、本実施形態の太陽電池モジュール４０では、裏面電極２４と接地された金属基板１２とが直接接触して電気的に導通しているので、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４を金属基板１２を介して接地することができる。
したがって、本実施形態の太陽電池モジュール４０においても、上述した実施形態の太陽電池モジュール１０と同様に、太陽電池セル２２及び３０の構成は、どのような太陽電池セル（光電変換素子、光電変換層）であっても良いのはもちろんである。
【００６３】
このような太陽電池モジュール４０の導電層４２は、接地用太陽電池セル３０に該当する部分のみに陽極酸化膜などの絶縁層１４が形成されておらず、他の部分には陽極酸化膜などの絶縁層１４が形成されているＡｌ基板などの金属基板１２からなる支持基板１６を用いて、上述した実施形態の太陽電池モジュール１０の場合と同様に、発電層２０を形成し、すなわち順次、裏面電極２４及び導電層４２と、光電変換層２６及びバッファ層と、透明電極層２８とを形成し、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成することができる。こうして、本実施形態の太陽電池モジュール４０を形成することができる。
なお、接地用太陽電池セル３０に該当する部分のみに絶縁層１４が形成されていない金属基板１２からなる支持基板１６の代わりに、陽極酸化Ａｌ基板のように金属基板１２の全面に絶縁層１４が形成された支持基板１６の接地用太陽電池セル３０に該当する部分の陽極酸化膜などの絶縁層１４をスクライブやエッチング等で取り除いた状態の支持基板１６を用い、同様に、裏面電極２４の蒸着から始まる発電層２０を形成して、本実施形態の太陽電池モジュール４０を形成しても良い。
【００６４】
以上のようにして、本発明の第１及び第２の実施形態の太陽電池モジュール１０及び４０においては、複数の太陽電池セル２２の真中又は略中央の位置にある接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４を支持基板１６の金属基板１２と電気的に接続すると共に、金属基板１２を接地しておくことにより、一方（図２及び図５の左側）の端部の太陽電池セル２２ａと他方（図２及び図５の右側）の端部の太陽電池セル２２ｂとの電位差（電圧）を、太陽電池セル２２ａと接地用太陽電池セル３０との電位差（＋電圧）及び太陽電池セル２２ｂと接地用太陽電池セル３０との電位差（−電圧）の２つの略半分の電位差に分割できるので、金属基板１２の電位を出力電圧の略半分にすることができる。
【００６５】
したがって、太陽電池セル２２の発電層２０と金属基板１２との間の浮遊容量の影響を小さくし、また両者間の電位差を小さくすることができ、発電層２０と金属基板１２との間の絶縁層１４の耐圧を高くする必要を無くし、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができ、高電圧の太陽電池モジュール１０及び４０とすることができる。
なお、本発明の太陽電池モジュール１０又は４０においては、例えば、太陽電池セル２２を４６１個用い、その真中の太陽電池セル２２を接地用太陽電池セル３０とすることにより、±１５０Ｖ出力できる太陽電池モジュールとすることができ、この太陽電池モジュールをＰＷＭ（パルス幅変調）型の２相交流インバータ又は３相交流インバータに接続して、このインバータで２相交流又は３相交流に変換して、２相交流電力又は３相交流電力を取り出すことができる。
【００６６】
本発明の第１及び第２の実施形態の太陽電池モジュール１０及び４０は、太陽光発電システムに用いることができる。
図６は、本発明の太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムの一構成例を模式的に示す構成図である。図６に示す太陽電池システム６０では、太陽電池モジュールの代表例として、図２に示す太陽電池モジュール１０を用いているが、図５に示す太陽電池モジュール４０を用いても良いことはもちろんである。
太陽光発電システム６０は、図６に示すように、太陽電池モジュール１０と、インバータ６２と、連係スイッチ６４と、回路遮断器６６と、商用交流電力系統等の交流電力系統６８と、需要家負荷７０から構成される。
【００６７】
太陽光発電システム６０においては、太陽電池モジュール１０の出力は、インバータ６２の入力に接続され、インバータ６２の出力は、連係スイッチ６４を介して、交流電力系統６８から回路遮断器６６を介して需要家負荷７０に接続される配線に接続され、太陽電池モジュール１０からの出力電力が需要家負荷７０及び交流電力系統６８に送出されるようになっている。こうして、太陽光発電システム６０においては、太陽電池モジュール１０を交流電力系統６８と連系運転させることができる。
なお、回路遮断器６６としては、漏電ブレーカなどの漏電遮断器などを用いることができる。また、連係スイッチ６４の代わりに、漏電ブレーカなどの漏電遮断器や回路遮断器を用いても良い。
【００６８】
インバータ６２は、太陽電池モジュール１０に接続され、その直流出力を交流出力に変換するためのもので、非絶縁型のトランスレスインバータを用いることができる。このようなインバータ６２としては、ＰＷＭ（パルス幅変調）型の２相交流インバータや、３相交流インバータなどを用いることができる。ここで、太陽電池モジュール１０の出力端子は、正極（＋）と、負極（−）と、接地（グランド）との３つであるので、これらの３つの出力端子を、インバータ６２の中性点と太陽電池モジュール１０の接地（グランド）とを一致させるように、インバータ６２の入力端子に接続することができる。
その結果、太陽光発電システム６０においては、従来技術の太陽光発電装置のように、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、また、１セットの太陽電池として使用できる数に制限がないので、高電圧を出力することができる太陽光発電システムを構成することができる。
【００６９】
本発明の太陽電池モジュールは、基本的に以上のように構成されるものである。
以上、本発明に係る太陽電池モジュールについて種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００７０】
１０、４０、５０ 太陽電池モジュール
１２ 金属基板
１４ 絶縁層
１６ 支持基板
２０、５２ 発電層
２２ 太陽電池セル
２４ 裏面電極
２６ 光電変換層
２８ 透明電極
３０ 接地用太陽電池セル
３２、４２ 導電層
３４ 超音波はんだ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール、特に薄膜型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池は普及の段階に入っており、太陽電池を構成する太陽電池モジュールとして、種々の太陽電池モジュールが提案されている。その中で注目されている従来型の集積型薄膜太陽電池モジュールを図７に示す。
図７に示す太陽電池モジュール５０は、光吸収により電流を発生する半導体の光電変換層２６を裏面電極（下部電極）２４と透明電極（上部電極）２８とで挟んだ積層構造の太陽電池セル（光電変換素子）２２を金属基板１２上に絶縁層１４が形成された絶縁層付き金属板からなる支持基板１６上に多数直列に接続して発電層５２を構成した集積型薄膜太陽電池モジュールである。図７に示すように、太陽電池モジュール５０では、多数直列に接続された太陽電池セル２２の中の一方の端部の太陽電池セル２２の裏面電極２４及び他方の端部の透明電極２８にそれぞれ引出線（リード線）が接続され、外部に電力が取り出せるようになっている。なお、太陽電池モジュール５０では、裏面電極２４は、太陽電池モジュール５０の正極端子として、透明電極２８は、その負極端子として例示されているが、光電変換層２６の種類によっては、逆に、裏面電極２４がその負極端子となり、透明電極２８がその正極端子となる場合もある。これらの太陽電池モジュール５０の正極端子及び負極端子は、リード線によって、例えばそれぞれ後述するインバータの正極端子及び負極端子に接続される。そして、太陽電池モジュール５０からの直流出力は、需要家内、例えば工場や事業所等の構内や家庭内で利用できるように、交流出力に変換される。
【０００３】
一方、これらの太陽電池モジュールを住宅用太陽電池システムに用いて実用化するための開発や提案も行われており、特に、直流電力を出力する太陽電池を商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させるための種々の提案がなされている（特許文献１及び２参照）。なお、太陽電池を交流電力系統と連系運転させるためには、系統連系規定に基づいて行う必要がある。
特許文献１には、複数の太陽電池モジュールを直列及び並列に接続してなる太陽電池アレイと、この太陽電池アレイの直流出力を商用交流電力系統と連系させるための交流電力に変換する非絶縁型インバータと、このインバータの交流出力と商用交流電力系統との間に接続された系統連系開閉器（スイッチ）及び漏電遮断器とを有し、少なくとも系統連系スイッチの開路時にこの連系開閉器より太陽電池アレイ側の電位を所定の電位に固定する電位固定手段をインバータ内に備えた太陽光発電装置が開示されている。
この太陽光発電装置では、商用交流電力系統との連系インバータとして用いられる非絶縁型インバータの交流出力は、直接、需要家内負荷、例えば工場や事業所等の構内負荷や家庭内負荷に接続されるが、商用交流電力系統は、連系開閉器及び漏電遮断器からなる漏電遮断機能付き回路遮断器（漏電ブレーカ）を介して構内負荷に接続され、構内において漏電故障等が生じた場合に需要家内負荷から商用交流電力系統を完全に切り離すようにされている。
【０００４】
ここで、特許文献１では、工場や事業所等の構内の建物では、もちろん、家庭等の一般住宅でも用いることができる屋根材一体型太陽電池パネルとして、複数の太陽電池モジュールを直列及び並列に接続した太陽電池アレイが開示されている。このような太陽電池モジュールとしては、補強板として屋根材や壁材などの建材とすることができる金属板を用い、この金属板上に太陽電池素子を充填材樹脂で封止した屋根材一体型太陽電池モジュールが用いられている。
このような太陽電池アレイを非絶縁型インバータと一緒に用いる場合、太陽電池アレイは、屋根等として屋外の比較的広い面積に設置されるため、地面との間に地面の間に無視し得ない対地浮遊容量を持ってしまい、系統連系スイッチをオンさせた時に、この浮遊容量による微少な漏電電流が生じて、漏電パルスとなって漏電ブレーカを不要動作させてしまう恐れがあるが、特許文献１では、インバータ内に電位固定手段を設け、系統連系スイッチをオンさせる前に、系統連系スイッチにより太陽電池アレイ側の電位を所定の電位に固定する、具体的には、商用交流電力系統の中点電位と非絶縁型インバータによる太陽電池アレイのＤＣ電力の昇圧後の電圧の中点電位とを同電位、例えば接地電位にすることにより、系統連系スイッチオン時の漏電ブレーカのトリップを防止することを可能にしている。すなわち、特許文献１では、太陽電池アレイの電位を固定し、太陽電池アレイの対地浮遊容量、ひいては金属板と太陽電池素子間の浮遊容量や電位差を固定することを考慮している。
【０００５】
また、特許文献２では、太陽電池アレイと、非絶縁型インバータと、非絶縁型インバータと負荷との間及び電力系統と負荷との間にそれぞれ漏電遮断器とを有する太陽光発電装置において、特許文献１のような電位固定手段を設けるのではなく、太陽電池の対地浮遊容量Ｃａ（μＦ）と漏電遮断器の定格感度電流ＥＬ（ｍＡ）の間にＣａ＜ＥＬ／３ なる関係を持たせることにより、太陽電池の浮遊容量による漏れ電流を漏電遮断器の不感領域にでき、漏電遮断器の不要動作を無くし、需要家内、例えば、工場や事業所等の構内の建物や家庭の住宅内の停電やそれによる太陽光発電装置の不要な停止を防止し、発電電力量の損失を防止することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５２８０３号公報
【特許文献２】特開平１０−３２２８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の場合、直列接続される太陽電池セル２２の数を増やして１モジュール当たりの出力電圧を増加させていくと、金属基板１２と発電層２０の裏面電極２４との間の電圧は、最大１モジュール当たりの出力電圧に等しくなるので、金属基板１２と発電層２０の裏面電極２４との間の絶縁層１４の耐圧を高くしなければならないが、絶縁層１４の耐圧には限界があるため、１モジュール当たりの出力電圧をあまり高くすることはできないという問題があった。
また、特許文献１に開示された太陽光発電装置では、系統連系スイッチオン時の漏電遮断器の不要動作をなくすことはできるが、電位固定手段を新たに設ける必要があり、例えばインバータ内に新たに設ける必要があるし、また、電位固定手段を作動させるために電力が必要であり、太陽電池が発電した電力を消費することになるし、また、系統連係開始後も、電位固定手段が作動するために太陽電池の発電電力を消費し続けることになるという問題があった。特許文献１には、系統連係開始後の電位固定手段による消費電力をなくすために、電位固定手段にスイッチング素子を設け、系統連係スイッチのオフ／オンに連動させてスイッチング素子をオン／オフすることを開示しているが、系統連係スイッチのオフの間には電位固定手段による消費電力をなくすことはできないし、電位固定手段に加えて、さらにスイッチング素子を追加しなければならないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に開示された太陽光発電装置では、特許文献１の場合と同様に、系統連系スイッチオン時の漏電遮断器の不要動作をなくすことはできるが、太陽電池の浮遊容量を漏電遮断器の感度に応じて抑える必要があるため、使用できる太陽電池パネルの枚数が制限されてしまうという問題があるし、使用できる太陽電池パネルの枚数を増やして高電圧を出力するためには、漏電遮断器の感度を低感度に（検出する漏れ電流の大きさを大きく）する必要があるが、あまり低感度にすると、需要家内の負荷の漏電を検出できずに危険となるという問題があった。
【０００９】
本発明の第１の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、太陽電池セルの発電層と金属基板との間の浮遊容量の影響を小さくし、また両者間の電位差を小さくして、発電層と金属基板との間の絶縁層の耐圧を高くする必要が無く、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができる高電圧の太陽電池モジュールを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させる際に、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、１セットの太陽電池として使用できる数に制限がなく、高電圧を出力できる太陽光発電システムを構成することができる太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の第１及び第２の目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、金属基板と、該金属基板上に形成された絶縁層と、該絶縁層上に形成され、直列接続される複数の太陽電池セルと、該複数の太陽電池セルの両端部に設けられる２つの出力端子と、前記複数の太陽電池セルの中央部側に接続される接地端子と、を有し、各太陽電池セルは、該絶縁層上に形成された裏面電極層と、該裏面電極層上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層と、該光電変換層上に形成された透明電極層と、を備え、前記複数の太陽電池セルは、各太陽電池セルの前記透明電極層が、隣接する太陽電池セルの前記裏面電極層に接続されることにより、直列に接続され、前記２つの出力端子は、前記複数の太陽電池セルの一方の端部の太陽電池セルの前記裏面電極層に接続される第１の出力端子と、他方の端部の太陽電池セルの前記透明電極層に接続される第２の出力端子とからなり、さらに、前記複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス１０％〜マイナス１０％の範囲にある１つの接地用太陽電池セルの前記裏面電極層と前記金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、前記接地端子は、前記金属基板に接続され、該金属基板及び前記導電層を介して前記接地用太陽電池セルに接続されることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルからプラス５％〜マイナス５％の範囲にある１つの太陽電池セルであるのが好ましく、より好ましくは、前記真中の太陽電池セルである。
【００１２】
また、前記導電層は、前記接地用太陽電池セルの前記金属基板上の前記絶縁層を加熱超音波処理することにより導電化した層であるのが好ましく、より好ましくは、少なくとも前記金属基板上の前記絶縁層上に前記裏面電極層を形成した後、少なくとも前記裏面電極層が形成された前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層であり、さらに好ましくは、前記導電層は、前記複数の太陽電池セルを形成した後、前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である。
あるいは、前記導電層は、前記金属基板上に前記絶縁層を形成した後、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を除去し、その後、前記絶縁層及び前記金属基板上に前記裏面電極層を形成することにより前記金属基板上に形成される当該接地用太陽電池セルの前記裏面電極層であるのが好ましい。
【００１３】
さらに、前記複数の太陽電池セルは、複数のライン状の溝部によって分離され、それぞれ前記金属基板上の前記絶縁層上にライン状に形成され、前記裏面電極層、前記光電変換層、前記透明電極層及び前記導電層の形状は、ライン状であるのが好ましい。
また、前記太陽電池セルは、集積型薄膜太陽電池セルであるのが好ましい。
また、前記太陽電池セルは、ＣＩＳ系薄膜型太陽電池セル、ＣＩＧＳ系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池セル、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか１つの薄膜型太陽電池セルを有するのが好ましい。
【００１４】
また、前記光電変換層は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体を主成分とする層であるのが好ましく、より好ましくは、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる、少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層であり、さらに好ましくは、Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層である。
【００１５】
また、前記絶縁層が形成された前記金属基板は、陽極酸化処理されたアルミニウム基板からなり、前記絶縁層は、陽極酸化膜であるのが好ましく、また、前記アルミニウム基板は、複合材料からなる複合アルミニウム基板であるのが好ましく、さらに、前記複合アルミニウム基板は、鋼板を２枚のアルミニウム板で挟んだクラッド板、又はステンレス板とアルミニウム板とのクラッド板であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、太陽電池セルの発電層と金属基板との間の浮遊容量の影響を小さくして、また、両者間の電位差を小さくすることができ、発電層と金属基板との間の絶縁層の耐圧を高くする必要を無くし、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができる。その結果、本発明によれば、高電圧の太陽電池モジュールを得ることができる。
また、本発明によれば、商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させるために、太陽電池を用いる太陽光発電システムとして構成する際に、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、１セットの太陽電池として使用できる数に制限がなく、高電圧を出力することができる太陽光発電システムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの一例を模式的に示す回路構成図である。
【図２】図１に示す太陽電池モジュールの第１実施形態を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示す太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための製造中の太陽電池モジュールの斜視図である。
【図４】図２に示す太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】図１に示す太陽電池モジュールの第２実施形態を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の太陽電池モジュールを用いた太陽電池システムの一構成例を模式的に示す構成図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る太陽電池モジュールを添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
図１は、本発明に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に示す回路構成図である。図２は、図１に示す太陽電池モジュールの第１実施形態を模式的に示す断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本発明の太陽電池モジュール１０は、例えば、接地された略長方形状の金属基板１２及び金属基板１２上に形成された電気的な絶縁層１４からなる支持基板１６と、絶縁層１４上に形成され、直列に接続された複数の太陽電池セル２２からなる発電層２０とを有する。
本発明の太陽電池モジュール１０は、発電層２０の複数の太陽電池セル２２の中の一方の端部にある太陽電池セル２２ａの正極（プラス）側を正極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の正極端子に接続し、他方の端部にある太陽電池セル２２ｂの負極（マイナス）側を負極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の負極端子に接続すると共に、複数の太陽電池セル２２の中の真中（中央）にある太陽電池セル２２の、又は略中央にある太陽電池セル２２、すなわち中央にある２つの太陽電池セル２２の一方の正極側または負極側を接地端子として、支持基板１６の金属基板１２に直接電気的に接続することにより接地（グランドに）することを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の太陽電池モジュール１０においては、図１に示すように、支持基板１６の金属基板１２は接地されおり、その正極または負極が支持基板１６の金属基板１２に直接電気的に接続される接地用太陽電池セル３０（図２及び図４参照）は接地されるが、この接地用太陽電池セル３０は、複数の太陽電池セル２２の中の真中又は略中央の位置にある太陽電池セル２２とするのが最も好ましい。
こうすることにより、複数の太陽電池セル２２の中の真中の位置を中心として一端部側にある太陽電池セル２２ａまで、すなわちプラス（正）側の発電層２０ａ内の太陽電池セル２２の数と、他端部側にある太陽電池セル２２ｂまで、すなわちマイナス（負）側の発電層２０ｂ内の太陽電池セル２２の数とを同一、又は略同一にすることができ、接地用太陽電池セル３０を設けない図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の発電層５２の太陽電池セル２２の数、すなわちその両端部側にある太陽電池セル２２ａ及び２２ｂ間の太陽電池セル２２の数に比べて半分にすることができる。
【００２１】
その結果、図示例の太陽電池モジュール１０では、接地用太陽電池セル３０の接地電位（グランド）に対する、発電層２０ａの太陽電池セル２２ａの正極端子の正電位との電位差（電圧）の大きさと発電層２０ｂの太陽電池セル２２ｂの負極端子の負電位との電位差（電圧）の大きさとを同一、又は略同一にすることができ、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の発電層５２の太陽電池セル２２ａと２２ｂとの間の電位差（電圧）の大きさに比べて半分にすることができる。
このため、太陽電池モジュール１０では、金属基板１２と発電層２０との間の電圧を、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の金属基板１２と発電層５２との間の電圧の半分にすることができるので、金属基板１２と発電層２０間の絶縁層１４に要求される耐電圧が、従来の太陽電池モジュール５０の場合の半分で済むことから、同じ耐電圧の絶縁層１４を用いた場合、発電層２０全体、すなわち太陽電池セル２２ａと２２ｂとの間の電位差（電圧）の大きさを２倍にすることができ、２倍の電圧を持つ太陽電池モジュールを作ることができる。
【００２２】
以上のように、太陽電池モジュール１０においては、発電層２０の複数の太陽電池セル２２の中に中性点となる接地点（グランド）を持たせているので、金属基板１２と発電層２０との間の浮遊容量の影響を小さくして、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができ、高電圧の太陽電池モジュールを作るのに適している。
また、この構造にすることにより、後述するが、インバータを直接接続でき、交流出力の接地（グランド）あるいは中性点を、太陽電池モジュール１０の接地（グランド）と一致させることができるため、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを接続しやすい利点がある。
【００２３】
なお、図１に示す太陽電池モジュール１０においては、接地する位置（接地用太陽電池セル３０の位置）を、複数の太陽電池セル２２の中の真中又は略中央の位置（その位置にある太陽電池セル２２）としているが、本発明はこれに限定されず、複数の太陽電池セル２２の中の真中の位置を中心として一端部側にある太陽電池セル２２ａ及び他端部側にある太陽電池セル２２ｂの位置をそれぞれ±１００％とするとき、真中の位置から±１０％以内、すなわち、＋（プラス）１０％〜−（マイナス）１０％の範囲内の位置にある太陽電池セル２２としても良い。
その理由は、太陽電池モジュール１０において接地する位置を、複数の太陽電池セル２２の中の真中から±１０％以内の位置にある太陽電池セル２２としても、上述の場合と同様に、両側にある発電層２０（２０ａ及び２０ｂ）の接地電位（グランド）に対する電圧の大きさを、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０に比べて、５５％以下にすることができ、金属基板１２と発電層２０との間の電圧、したがって、その間の絶縁層１４に要求される耐電圧を、従来の太陽電池モジュール５０に比べて５５％にすることができ、同じ耐電圧の絶縁層１４を用いた場合、発電層２０全体の電圧の大きさを１．８倍にすることができ、１．８倍の電圧を持つ太陽電池モジュールを作ることができるからである。
【００２４】
また、このような場合も、上述の場合と同様に、発電層２０の複数の太陽電池セル２２の中に中性点となる接地点（グランド）を持たせていることなるので、従来の太陽電池モジュール５０に比べて、金属基板１２と発電層２０との間の浮遊容量の影響を小さくすることができ、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができ、高電圧の太陽電池モジュールを作るのに適している。
また、このような構造にして、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを直接接続した場合、交流出力の接地（グランド）あるいは中性点と、太陽電池モジュール１０の接地（グランド）とを完全に一致させることはできないが、このずれによる漏洩電流は、従来技術において述べたように漏電ブレーカ等の回路遮断器を不要動作させてしまうほど大きくはないからである。
【００２５】
換言すれば、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを直接接続した場合に漏電ブレーカ等の回路遮断器を不要動作させない程度のずれであれば、真中の位置からどのような位置にずれていても良い。すなわち、真中の位置からずれ量は、接続されるインバータや漏電ブレーカ等の回路遮断器に応じて設定するようにしても良い。
なお、以上のような理由から、本発明においては、接地する位置を真中の位置から±５％以内、すなわち、＋（プラス）５％〜−（マイナス）５％の範囲内の位置にある太陽電池セル２２とするのがより好ましいのはもちろんである。
【００２６】
図示例の太陽電池モジュール１０に用いられる支持基板１６は、金属基板１２とその上に形成された絶縁層１４とを有する絶縁層付き金属板である。支持基板１６としては、絶縁層付き金属板であれば、特に制限はないが、アルミニウム（Ａｌ）板の少なくとも一方の面側を陽極酸化して陽極酸化膜を絶縁層１４として形成し、陽極酸化されなかったＡｌ板を金属基板１２とすることにより得られた支持基板であるのが好ましい。
ここで、金属基板１２としては、絶縁層１４を形成することができ、絶縁層付き金属板である支持基板１６とした時に発電層２０を支持することができれば特に制限はないが、少なくとも片側表面がＡｌ層であるＡｌ基板が好ましく、例えば、Ａｌ基板、及びＡｌと他の金属との複合材料からなる複合Ａｌ基板などを挙げることができる。
金属基板１２の厚さは、太陽電池モジュール１０全体の強度の観点により適宜選択できるが、絶縁層付き金属板である支持基板１６とした形体において０．１〜１０ｍｍであるのが好ましい。なお、Ａｌ基板や複合Ａｌ基板などから支持基板１６を製造する際には、陽極酸化、及び陽極酸化の事前洗浄や研磨により厚さの減少を見越した厚さとしておく必要がある。
【００２７】
本発明では、Ａｌ基板としては、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）の１０００系純Ａｌ板であってもよいし、Ａｌ合金板、例えばＡｌ−Ｍｎ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｚｒ系合金板、Ａｌ−Ｓｉ系合金板、及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板等のＡｌと他の金属元素との合金板であってもよい。
また、複合Ａｌ基板としては、Ａｌ板と他の金属板とのクラッド板、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）板とのクラッド板、種々の鋼板を２枚のＡｌ板で挟み込んだクラッド板であっても良い。なお、本発明では、Ａｌ板とのクラッド板を構成する他の金属板は、各種のステンレス鋼板の他、例えば、軟鋼等の鋼、４２インバー合金、コバール合金、または３６インバー合金からなる板材を用いることができるし、また、本発明の太陽電池モジュールを屋根材一体型太陽電池パネルとして用いることができるように、家屋や建物等の屋根材や壁材として使用可能な金属板を用いてもよい。
ここで用いられるＡｌ板やＡｌ合金板には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、及びＴｉ等の各種微量金属元素が含まれていてもよい。
【００２８】
金属基板１２上に形成される絶縁層１４としては、特に制限的ではないが、金属基板１２がＡｌ基板又は複合Ａｌ基板である場合には、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極酸化することによりその表面に形成された陽極酸化膜であるのが好ましい。なお、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板の陽極酸化は、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加して電解処理することにより実施できる。
なお、絶縁層１４となる陽極酸化膜は、金属基板１２となるＡｌ基板や複合Ａｌ基板のＡｌ層の片側表面に形成されていればよいが、Ａｌ基板や２枚のＡｌ板で挟んだクラッド板の場合には、発電層２０の形成工程等において、Ａｌ層と陽極酸化膜との熱膨張係数差に起因した反りや陽極酸化膜に発生するクラック等を抑制するために、両側のＡｌ層表面に陽極酸化膜を設けるのが好ましい。
また、こうして形成される絶縁層１４の厚さ、すなわち陽極酸化膜の厚さは、特に制限的ではないが、絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷等を防止する表面硬度を有しておれば良いが、厚すぎると可撓性の観点で問題を生じる場合がある。このことから、好ましい厚さは、０．５〜５０μｍであり、厚さの制御は定電流電解や定電圧電解とともに、電解時間により制御することができる。
また、絶縁層１４の種類としては、Ａｌの陽極酸化被膜以外に、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂ、Ｐ、Ｔｉ等の元素を含んだガラスなどの各種酸化物層を蒸着、ゾルゲル法等の各種方法で形成したものであっても良い。
【００２９】
図２に示す本発明の第１実施形態の太陽電池モジュール１０は、サブストレート型と呼ばれるものであり、太陽電池サブモジュール１０に設けられる発電層（光電変換素子）２０は、薄膜集積型のものである。発電層２０は、支持基板１６の絶縁層１４上に、その中心若しくは略中心の位置に形成された接地用太陽電池セル３０と、この両側にそれぞれ直列に接続されて形成された複数の太陽電池セル２２とを有するものである。
ここで、太陽電池セル２２は、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０の太陽電池セル２２と同様に、支持基板１６の絶縁層１４の表面上に形成された裏面電極２４と、裏面電極２４上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層２６と、光電変換層２６上に形成された透明電極２８とを有し、絶縁層１４上に裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８が順次積層されてなるものである。
【００３０】
一方、接地用太陽電池セル３０は、本発明の特徴とする部分であって、太陽電池セル２２の支持基板１６上に形成された絶縁層１４の一部が導電層３２となったものであり、導電層３２上に、太陽電池セル２２と同様に、裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８が順次積層されてなるものである。この接地用太陽電池セル３０は、裏面電極２４と金属基板１２とを導通して電気的に接続する導電層３２が形成されていれば、発電に寄与するセルであっても良いし、発電に寄与しないセルであっても良い。
なお、図２には図示されていないが、太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０においては、光電変換層２６上にバッファ層が形成され、裏面電極２４、光電変換層２６、バッファ層及び透明電極２８が順次積層されていても良い。
【００３１】
複数の太陽電池セル２２においては、裏面電極２４は、隣接する（図中左隣り）の太陽電池セル２２又は接地用太陽電池セル３０の端部側（図中右側の一部）の領域から当該太陽電池セル２２（図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４と所定の間隔の隙間２５をあけて絶縁層１４の表面上に形成されている。接地用太陽電池セル３０においても、裏面電極２４は、太陽電池セル２２と同様に、隣接する（図中左隣り）の太陽電池セル２２の端部側（図中右側の一部）の領域から接地用太陽電池セル３０（図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４と所定の間隔の隙間２５をあけて導電層３２及び絶縁層１４の表面上に形成されている。なお、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４の大部分は、導電層３２上に配置される。
【００３２】
また、複数の太陽電池セル（以下、単に電池セルという）２２及び接地用太陽電池セル（以下、単に電池セルという）３０においては、光電変換層２６は、隣接する裏面電極２４間の隙間２５を埋めるように裏面電極２４上に形成されている。したがって、光電変換層２６は、この隙間２５の部分では、絶縁層１４及び／又は導電層３２に直接接することになる。
また、光電変換層２６には、隣接する電池セル２２又は３０から延在する裏面電極２４にまで達する溝２７が形成されている。したがって、この溝２７は、隣接する裏面電極２４間の隙間２５とは異なる位置（図中右側）に形成されている。
また、透明電極２８は、光電変換層２６の溝２７を埋めるように光電変換層２６の表面上に形成されている。したがって、透明電極２８は、この溝２７の部分において、隣接する電池セル２２又は３０の裏面電極２４に直接接触しており、電気的に接続されている。こうして、隣接する２つの電池セル２２同士、及び隣接する電池セル２２と３０とは、直列に接続される。
【００３３】
さらに、複数の電池セル２２及び３０においては、電池セル２２又は３０の透明電極２８及び光電変換層２６と、隣接する電池セル２２又は３０の透明電極２８及び光電変換層２６との間には、裏面電極２４にまで達する開口２７が形成されている。この開口２７によって、隣接する２つの電池セル２２同士、及び隣接する電池セル２２と３０とは、分離されている。
上述したように、複数の電池セル２２及び３０は、当該電池セル２２又は３０の透明電極２８と隣接する電池セル２２又は３０の裏面電極２４とが接続されることにより、直列に接続される。
【００３４】
本実施形態においては、図２に示す太陽電池モジュール１０においては、一方（図中左側）の端部の電池セル２２の裏面電極２４は、図示しない銅リボン等のリード線によってプラス（＋）端子として引き出され、他方（図中右側）の端部の電池セル２２の透明電極２８は、同様なリード線によってプラス（−）端子として引き出され、真中又は略中央の電池セル３０の裏面電極２４は、導電層３０を介して接地された金属基板１２に電気的に接続されることにより接地される。なお、金属基板１２は、同様なリード線によって接地端子に接続されている。
なお、電池セル２２及び３０は、図２に示す断面に垂直な方向（図２の紙面に直交する方向）に、矩形状の金属基板１２の一辺にそって平行に延在するライン状に形成された短冊状の形状を有する。したがって、裏面電極２４及び透明電極２８も、同様に、金属基板１２の辺に平行な一方向に長い短冊状の電極である。
【００３５】
本実施形態の太陽電池セル（光電変換素子）２２は、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セル（ＣＩＧＳ系光電変換素子）と呼ばれるものであり、例えば、裏面電極２４がモリブデン電極で、光電変換層２６がＣＩＧＳで、透明電極２８がＺｎＯで構成される。なお、バッファ層が形成される場合には、ＣｄＳで構成される。なお、接地用太陽電池セル３０も、同様な構成とされる。
なお、このような電池セル２２及び３０は、例えば、公知のＣＩＧＳ系の太陽電池の製造方法により製造することができる。また、裏面電極２４間の隙間２５、光電変換層２６に形成された裏面電極２４にまで達する溝２７、光電変換層２６及び透明電極を一体として隣接する光電変換層２６及び透明電極から分離するための裏面電極２４に達する開口２７等のライン状の溝部は、レーザスクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
【００３６】
本実施形態の太陽電池モジュール１０において、太陽電池セル２２及び３０に、透明電極２８側から光が入射されると、この光が透明電極２８およびバッファ層（図示せず）を通過し、光電変換層２６に達すると起電力が発生し、例えば、透明電極２８から裏面電極２４に向かう電流が発生する。なお、図２に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、図２中、左側の端の太陽電池セル２２の裏面電極２４が正極（プラス（＋）極）になり、右側の端の太陽電池セル２２の透明電極２８が負極（マイナス（−）極）になる。
【００３７】
次に、発電層２０を構成する太陽電池セル２２及び３０の各要素について説明スル。
太陽電池セル２２及び３０において、裏面電極２４および透明電極２８は、いずれも光電変換層２６で発生した電流を取り出すためのものである。裏面電極２４および透明電極２８は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極２８は透光性を有する必要がある。
裏面電極２４は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、又はＷ、及びこれらを組み合わせたものから構成される。この裏面電極２４は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。
裏面電極２４は、厚さが１００ｎｍ以上であることが好ましく、０．４５〜１．０μｍであることがより好ましい。
また、裏面電極２４の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
【００３８】
透明電極２８は、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、またはＳｎＯ２およびこれらを組み合わせたものにより構成される。この透明電極２８は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。また、透明電極２８の厚さは、特に制限されるものではなく、０．３〜１μｍが好ましい。
また、透明電極２８の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
なお、透明電極２８上に、ＭｇＦ２等の反射防止膜が形成されていても良い。
【００３９】
バッファ層は、透明電極２８の形成時の光電変換層２６を保護すること、透明電極２８に入射した光を光電変換層２６まで透過させるために形成される。
このバッファ層は、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、又はＺｎＳ（Ｏ、ＯＨ）およびこれらの組み合わせたものにより構成される。
バッファ層は、厚さが、０．０３〜０．１μｍが好ましい。また、このバッファ層は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバス）法、溶液成長法等により形成される。
なお、ＣＢＤ−ＣｄＳ等のバッファ層とＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極２８との間に、例えば、ＺｎＯ等からなる高抵抗膜を形成しておいても良い。
【００４０】
光電変換層２６は、透明電極２８及びバッファ層を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層である。本実施形態において、光電変換層２６の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であるのが好ましい。また、光電変換層２６は、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であってもよい。
【００４１】
さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光電変換層２６は、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のＩｂ族元素と、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のＩＩＩｂ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、およびＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。この化合物半導体としては、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＧａＳ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＡｌＴｅ２、ＡｇＧａＴｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＡｌｘ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２、Ａｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２、およびＡｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２等が挙げられる。
【００４２】
光電変換層２６は、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、及び／又はこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳおよびＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。
【００４３】
光電変換層２６には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および／又は積極的なドープによって、光電変換層２６中に含有させることができる。光電変換層２６中において、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の構成元素および／又は不純物には濃度分布があってもよく、ｎ型、ｐ型、およびｉ型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、ＣＩＧＳ系においては、光電変換層２６中のＧａ量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅／キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
【００４４】
光電変換層２６は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の１種又は２種以上の半導体を含んでいてもよい。Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の半導体としては、Ｓｉ等のＩＶｂ族元素からなる半導体（ＩＶ族半導体）、ＧａＡｓ等のＩＩＩｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ等のＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素からなる半導体（ＩＩ−ＶＩ族半導体）等が挙げられる。光電変換層２６には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光電変換層２６中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層２６中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、７５質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。
【００４５】
本実施形態において、光電変換層２６をＣＩＧＳ層とした場合、ＣＩＧＳ層の成膜方法としては、１）多源同時蒸着法、２）セレン化法（セレン化／硫化法）、３）スパッタ法、４）ハイブリッドスパッタ法、及び５）メカノケミカルプロセス法等が知られている。
１）多源同時蒸着法としては、
３段階法（J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等）と、ＥＣグループの同時蒸着法（L.Stolt et al.：Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等）とが知られている。
前者の３段階法は、高真空中で最初にＩｎ、Ｇａ、及びＳｅを基板温度３００℃で同時蒸着し、次に５００〜５６０℃に昇温してＣｕ及びＳｅを同時蒸着後、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅをさらに同時蒸着する方法である。後者のＥＣグループの同時蒸着法は、蒸着初期にＣｕ過剰ＣＩＧＳ、後半でＩｎ過剰ＣＩＧＳを蒸着する方法である。
【００４６】
ＣＩＧＳ膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、
ａ）イオン化したＧａを使用する方法（H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203（2006）p.2603.等）、
ｂ）クラッキングしたＳｅを使用する方法（第６８回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集（２００７秋 北海道工業大学）７Ｐ−Ｌ−６等）、
ｃ）ラジカル化したＳｅを用いる方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１０等）、
ｄ）光励起プロセスを利用した方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１４等）等が知られている。
【００４７】
２）セレン化法は２段階法とも呼ばれ、最初に、Ｃｕ層／Ｉｎ層または（Ｃｕ−Ｇａ）層／Ｉｎ層等の積層膜の金属プレカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で４５０〜５５０℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。
【００４８】
セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法（T.Nakada et.al,, Solar Energy Materials and Solar Cells 35(1994)204-214.等）、及び金属薄層間にセレンを挟み（例えばＣｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層…Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層と積層する）多層化プリカーサ膜を形成する方法（T.Nakada et.al,, Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference(1991)887-890. 等）が知られている。
また、グレーデッドバンドギャップＣＩＧＳ膜の成膜方法として、最初にＣｕ−Ｇａ合金膜を堆積し、その上にＩｎ膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してＧａ濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある（K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996(Intn.PVSEC-9，Tokyo，1996)p.149.等）。
【００４９】
３）スパッタ法としては、
ＣｕＩｎＳｅ２多結晶をターゲットとした方法、Ｃｕ２ＳｅとＩｎ２Ｓｅ３をターゲットとし、スパッタガスにＨ２Ｓｅ／Ａｒ混合ガスを用いる２源スパッタ法（J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf.(1985)1655-1658.等）、および
Ｃｕターゲットと、Ｉｎターゲットと、ＳｅまたはＣｕＳｅターゲットとをＡｒガス中でスパッタする３源スパッタ法（T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等）が知られている。
【００５０】
４）ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、ＣｕとＩｎ金属は直流スパッタで、Ｓｅのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法（T.Nakada,et.al., Jpn.Appl.Phys.34(1995)4715-4721.等）が知られている。
【００５１】
５）メカノケミカルプロセス法は、ＣＩＧＳの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してＣＩＧＳ粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、ＣＩＧＳの膜を得る方法である（T.Wada et.al, Phys.stat.sol.(a), Vol.203（2006）p2593等）。
その他のＣＩＧＳ成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、ＭＯＣＶＤ法、及びスプレー法などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法またはスプレー法等で、Iｂ族元素、IIIｂ族元素、及びVIｂ族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理（この際、VIｂ族元素雰囲気での熱分解処理でもよい）を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる（特開平９−７４０６５号公報、特開平９−７４２１３号公報等）。
【００５２】
上述した実施形態の太陽電池モジュール１０の太陽電池セル２２及び３０は、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セルであったが、本発明はこれに限定されず、本発明の太陽電池サブモジュールの太陽電池セル（光電変換素子、特に、その光電変換層）の構成は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系太陽電池セル、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）、直列接続構造（ＳＣＡＦ）系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ直列接続構造太陽電池セル）、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）系太陽電池セル、薄膜シリコン系太陽電池セル、色素増感系太陽電池セル、または有機系太陽電池セルであってもよいし、サブストレート型と呼ばれるものであっても、スーパーストレート型と呼ばれるものであっても良い。
なお、図２に示す実施形態の太陽電池モジュール１０では、裏面電極２４側が正極（＋極）、透明電極２８側が（−極）であったが、本発明はこれに限定されず、太陽電池セルに応じて、裏面電極２４側を正極（＋極）、透明電極２８側を（−極）としても良い。
【００５３】
例えば、太陽電池セル２２及び３０として、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）を用いる場合には、例えば、裏面電極２４として、Ａｇ（銀）及びＺｎＯが積層された電極を、透明電極２８として、ＩＴＯを用い、光電変換層２６として、例えば、ｎ型半導体層、微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層され、さらにその上に、ｎ型半導体層、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層された光電変換層を用いることができる。
また、太陽電池セル２２及び３０として、ＣｄＴｅ系太陽電池セルを用いる場合には、光電変換層２６として、例えば、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）型と呼ばれる光電変換層を用いることができる。
【００５４】
次に、接地用太陽電池セル３０の導電層３２について説明する。
導電層３２は、本発明の最も特徴とする部分であって、接地用太陽電池セル３０において、金属基板１２と裏面電極２４との間に絶縁層１４の代わりに配置されるもので、導電性を有し、裏面電極２４を接地された金属基板１２に電気的に接続して導通させ、接地させるためのものである。
導電層３２は、金属基板１２の成分と絶縁層１４の成分と裏面電極２４の成分とが混合された状態となったもので、その結果導電性を持つようになったものである。
ここで、図２に示す例では、導電層３２は、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４の下側部分にのみ形成され、間隙２５の下側部分には形成されておらず絶縁層１４が残されているが、本発明はこれに限定されず、接地用太陽電池セル３０内であれば、間隙２５の下側部分や隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４の下側部分も導電層３２となっていても良い。しかし、この場合には、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４と隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４とが短絡されるので、接地用太陽電池セル３０は、発電には寄与しなくなる。
【００５５】
このような導電層３２は、例えば、図７に示す従来の太陽電池モジュール５０を製造した後、図３に示すように、接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の透明電極２８上に超音波はんだ３４を塗布し、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２のみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル２２の超音波はんだ３４が塗布された部分に対応する絶縁層１４を破壊すると共に、破壊された絶縁層１４に接していた金属基板１２及び裏面電極２４の表面を溶解して混合させ、金属基板１２と裏面電極２４と破壊された絶縁層１４とを混合状態にすることにより形成することができる。なお、導電層１４の混合状態の形成は、特に明らかにされていないが、例えば、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２のみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル２２の超音波はんだ３４が塗布された部分に対応する絶縁層１４を破壊して微細な空隙を生じさせて多孔質とすると共に、破壊された絶縁層１４に接していた金属基板１２及び裏面電極２４の表面を溶解して破壊された絶縁層１４の微細な空隙に浸入して行くことにより混合状態が形成されるものと推定される。なお、接地用太陽電池セル３０の透明電極２８や光電変換層２６も破壊される場合には、これらや超音波はんだ３４も混じった導電層３２が形成されても良い。はんだはセル全面に塗布しても良いが図３のように透明導電膜２８を片側あるいは両側に残しても良い。また、はんだを塗布せずにセル上にはんだを供給しながら線状に順にはんだ付けしても構わないが、はんだを配置してから線上を一度にはんだ付けする、あるいは線状の複数個所を同時にはんだ付けするのが生産上好ましい。
【００５６】
なお、このようにして形成された導電層３２の導電性は、導電層３２の混合状態によって決まるものであると考えられるので、接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の構成や機能や発電機能の要否、特に絶縁層１４等の厚さに応じて、超音波はんだ３４の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等を適切に制御することにより制御することができ、必要な導電性を得るようにすることができる。
導電層３２の導電性と、太陽電池セル２２の構成や機能、特に絶縁層１４等の厚さと、超音波はんだ３４の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等との関係は、予め、実験やシミュレーション等により求めておけばよい。
【００５７】
上述した例では、図７に示すように、一旦、従来の太陽電池モジュール５０を製造した後に、導電層３２を形成しているが、本発明はこれに限定されず、金属基板１２上に絶縁層１４が形成されていれば、太陽電池モジュールの製造のどの段階で形成しても良い。
例えば、金属基板１２上の絶縁層１４の、接地用太陽電池セル３０となる該当部分に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層１４と金属基板１２と超音波はんだとが混合された導電層３２を形成しておき、その後に、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。また、金属基板１２上の絶縁層１４上に裏面電極２４を形成した後、接地用太陽電池セル３０となる該当部分の裏面電極２４に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層１４と金属基板１２と裏面電極２４とが混合された導電層３２、又はさらに超音波はんだも混合された導電層３２を形成し、その上に順次、光電変換層２６及び透明電極２８を形成して、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。さらに、光電変換層２６を形成した後に、同様にして導電層３２を形成し、その上に透明電極２８を形成して、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。
これらの方法は、いずれも、導電層３２を形成した後に、太陽電池セル２２を完成することになるので、裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８の１つ以上を形成する必要があることから、正確なアラインメントが必要となるため、太陽電池セル２２を形成した後に、導電層３２を形成する方が好ましい。
【００５８】
本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールは、基本的に以上のように構成されるものであり、以下のようにして製造される。
図４は、図２に示す本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。
図４に示すように、金属基板１２としてＡｌ基板を用いて、上述した方法で陽極酸化処理を行い、表面に絶縁層１４となる陽極酸化被膜を形成して、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を形成し、これを支持基板１６として準備する（ステップＳ１００）。
もちろん、予め、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を支持基板１６として準備しても良い。
【００５９】
次に、支持基板１６の絶縁層１４上に、上述したＤＣマグネトロンスパッタ法等の公知の成膜法によりＭｏを成膜してＭｏ膜を形成する（ステップＳ１０２）。
次に、こうして絶縁層１４上に形成されたＭｏ膜を上述したレーザスクライビング法により切断して、パターン１にパターニングして間隙２５を形成し、裏面電極２４を形成する（ステップＳ１０４）。
次に、絶縁層１４上に形成された裏面電極２４上に、間隙２５を埋めるように、上述したセレン化／硫化法又は多源同時蒸着法等の公知の方法により光電変換層２６となるＣＩＧＳ系化合物半導体膜（ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収膜）を形成する（ステップＳ１０６）。
続いて、こうして形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜上に、上述したＣＢＤ等の公知の方法によりバッファ層となるＣｄＳ膜（ｎ型高抵抗バッファ層）を形成する（ステップＳ１０８）。
次に、こうして裏面電極２４上に形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜及びＣｄＳ膜を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン２にパターニングして裏面電極２４にまで達する溝２７を形成し、光電変換層２６及びバッファ層を形成する（ステップＳ１１０）。
【００６０】
続いて、こうして形成されたバッファ層（光電変換層２６）上に、溝２７を埋めるように、上述したＭＯＣＶＤ法又はＲＦスパッタ法等の公知の方法により透明電極層２８となるＺｎＯ膜（ｎ型ＺｎＯ透明導電膜窓層）を形成する（ステップＳ１１２）。
次に、こうして形成されたＺｎＯ膜、バッファ層及び光電変換層２６を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン３にパターニングして、隣接する太陽電池セル２２間に、裏面電極２４にまで達する開口２９を形成し、各太陽電池セル２２毎に光電変換層２６、バッファ層及び透明電極層２８を個々に分離して、複数の太陽電池セル２２を形成する（ステップＳ１１４）。
続いて、予め設定されている接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の透明電極層２８上に超音波はんだ３４を塗布する（ステップＳ１１６）。 次に、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２の透明電極層２８に選択的に加熱超音波処理を施し、その絶縁層１４を破壊してその成分と金属基板１２の成分と裏面電極２４の成分とを混合して導電層３２を形成する（ステップＳ１１８）。
こうして、本実施形態の太陽電池モジュール１０が形成される（ステップＳ１１８）。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールについて説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
なお、図５に示す本実施形態の太陽電池モジュール４０と、図２に示す第１の実施形態の太陽電池サブモジュール１０とは、接地用太陽電池セル３０の導電層４２の構成が異なる以外は、同一の構成を有するものであり、同一構成要素には同一参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図５に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール４０は、第１の実施形態の太陽電池サブモジュール１０の接地用太陽電池セル３０の導電層３２の代わりに、隣接する太陽電池セル２２から延在する裏面電極２４が直接金属基板１２と光電変換層２６との間に配置されて導電層４２が形成されている。したがって、本実施形態の太陽電池モジュール４０では、裏面電極２４と接地された金属基板１２とが直接接触して電気的に導通しているので、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４を金属基板１２を介して接地することができる。
したがって、本実施形態の太陽電池モジュール４０においても、上述した実施形態の太陽電池モジュール１０と同様に、太陽電池セル２２及び３０の構成は、どのような太陽電池セル（光電変換素子、光電変換層）であっても良いのはもちろんである。
【００６３】
このような太陽電池モジュール４０の導電層４２は、接地用太陽電池セル３０に該当する部分のみに陽極酸化膜などの絶縁層１４が形成されておらず、他の部分には陽極酸化膜などの絶縁層１４が形成されているＡｌ基板などの金属基板１２からなる支持基板１６を用いて、上述した実施形態の太陽電池モジュール１０の場合と同様に、発電層２０を形成し、すなわち順次、裏面電極２４及び導電層４２と、光電変換層２６及びバッファ層と、透明電極層２８とを形成し、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成することができる。こうして、本実施形態の太陽電池モジュール４０を形成することができる。
なお、接地用太陽電池セル３０に該当する部分のみに絶縁層１４が形成されていない金属基板１２からなる支持基板１６の代わりに、陽極酸化Ａｌ基板のように金属基板１２の全面に絶縁層１４が形成された支持基板１６の接地用太陽電池セル３０に該当する部分の陽極酸化膜などの絶縁層１４をスクライブやエッチング等で取り除いた状態の支持基板１６を用い、同様に、裏面電極２４の蒸着から始まる発電層２０を形成して、本実施形態の太陽電池モジュール４０を形成しても良い。
【００６４】
以上のようにして、本発明の第１及び第２の実施形態の太陽電池モジュール１０及び４０においては、複数の太陽電池セル２２の真中又は略中央の位置にある接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４を支持基板１６の金属基板１２と電気的に接続すると共に、金属基板１２を接地しておくことにより、一方（図２及び図５の左側）の端部の太陽電池セル２２ａと他方（図２及び図５の右側）の端部の太陽電池セル２２ｂとの電位差（電圧）を、太陽電池セル２２ａと接地用太陽電池セル３０との電位差（＋電圧）及び太陽電池セル２２ｂと接地用太陽電池セル３０との電位差（−電圧）の２つの略半分の電位差に分割できるので、金属基板１２の電位を出力電圧の略半分にすることができる。
【００６５】
したがって、太陽電池セル２２の発電層２０と金属基板１２との間の浮遊容量の影響を小さくし、また両者間の電位差を小さくすることができ、発電層２０と金属基板１２との間の絶縁層１４の耐圧を高くする必要を無くし、１モジュールあたりの出力電圧を高くすることができ、高電圧の太陽電池モジュール１０及び４０とすることができる。
なお、本発明の太陽電池モジュール１０又は４０においては、例えば、太陽電池セル２２を４６１個用い、その真中の太陽電池セル２２を接地用太陽電池セル３０とすることにより、±１５０Ｖ出力できる太陽電池モジュールとすることができ、この太陽電池モジュールをＰＷＭ（パルス幅変調）型の２相交流インバータ又は３相交流インバータに接続して、このインバータで２相交流又は３相交流に変換して、２相交流電力又は３相交流電力を取り出すことができる。
【００６６】
本発明の第１及び第２の実施形態の太陽電池モジュール１０及び４０は、太陽光発電システムに用いることができる。
図６は、本発明の太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムの一構成例を模式的に示す構成図である。図６に示す太陽電池システム６０では、太陽電池モジュールの代表例として、図２に示す太陽電池モジュール１０を用いているが、図５に示す太陽電池モジュール４０を用いても良いことはもちろんである。
太陽光発電システム６０は、図６に示すように、太陽電池モジュール１０と、インバータ６２と、連係スイッチ６４と、回路遮断器６６と、商用交流電力系統等の交流電力系統６８と、需要家負荷７０から構成される。
【００６７】
太陽光発電システム６０においては、太陽電池モジュール１０の出力は、インバータ６２の入力に接続され、インバータ６２の出力は、連係スイッチ６４を介して、交流電力系統６８から回路遮断器６６を介して需要家負荷７０に接続される配線に接続され、太陽電池モジュール１０からの出力電力が需要家負荷７０及び交流電力系統６８に送出されるようになっている。こうして、太陽光発電システム６０においては、太陽電池モジュール１０を交流電力系統６８と連系運転させることができる。
なお、回路遮断器６６としては、漏電ブレーカなどの漏電遮断器などを用いることができる。また、連係スイッチ６４の代わりに、漏電ブレーカなどの漏電遮断器や回路遮断器を用いても良い。
【００６８】
インバータ６２は、太陽電池モジュール１０に接続され、その直流出力を交流出力に変換するためのもので、非絶縁型のトランスレスインバータを用いることができる。このようなインバータ６２としては、ＰＷＭ（パルス幅変調）型の２相交流インバータや、３相交流インバータなどを用いることができる。ここで、太陽電池モジュール１０の出力端子は、正極（＋）と、負極（−）と、接地（グランド）との３つであるので、これらの３つの出力端子を、インバータ６２の中性点と太陽電池モジュール１０の接地（グランド）とを一致させるように、インバータ６２の入力端子に接続することができる。
その結果、太陽光発電システム６０においては、従来技術の太陽光発電装置のように、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、また、１セットの太陽電池として使用できる数に制限がないので、高電圧を出力することができる太陽光発電システムを構成することができる。
【００６９】
本発明の太陽電池モジュールは、基本的に以上のように構成されるものである。
以上、本発明に係る太陽電池モジュールについて種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００７０】
１０、４０、５０ 太陽電池モジュール
１２ 金属基板
１４ 絶縁層
１６ 支持基板
２０、５２ 発電層
２２ 太陽電池セル
２４ 裏面電極
２６ 光電変換層
２８ 透明電極
３０ 接地用太陽電池セル
３２、４２ 導電層
３４ 超音波はんだ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、
該金属基板上に形成された絶縁層と、
該絶縁層上に形成され、直列接続される複数の太陽電池セルと、
該複数の太陽電池セルの両端部に設けられる２つの出力端子と、
前記複数の太陽電池セルの中央部側に接続される接地端子と、を有し、
各太陽電池セルは、
該絶縁層上に形成された裏面電極層と、
該裏面電極層上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層と、
該光電変換層上に形成された透明電極層と、を備え、
前記複数の太陽電池セルは、各太陽電池セルの前記透明電極層が、隣接する太陽電池セルの前記裏面電極層に接続されることにより、直列に接続され、
前記２つの出力端子は、前記複数の太陽電池セルの一方の端部の太陽電池セルの前記裏面電極層に接続される第１の出力端子と、他方の端部の太陽電池セルの前記透明電極層に接続される第２の出力端子とからなり、
さらに、前記複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス１０％〜マイナス１０％の範囲にある１つの接地用太陽電池セルの前記裏面電極層と前記金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、
前記接地端子は、前記金属基板に接続され、該金属基板及び前記導電層を介して前記接地用太陽電池セルに接続されることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルからプラス５％〜マイナス５％の範囲にある１つの太陽電池セルである請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルである請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記導電層は、前記接地用太陽電池セルの前記金属基板上の前記絶縁層を加熱超音波処理することにより導電化した層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記導電層は、少なくとも前記金属基板上の前記絶縁層上に前記裏面電極層を形成した後、少なくとも前記裏面電極層が形成された前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記導電層は、前記複数の太陽電池セルを形成した後、前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記導電層は、前記金属基板上に前記絶縁層を形成した後、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を除去し、その後、前記絶縁層及び前記金属基板上に前記裏面電極層を形成することにより前記金属基板上に形成される当該接地用太陽電池セルの前記裏面電極層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記複数の太陽電池セルは、複数のライン状の溝部によって分離され、それぞれ前記金属基板上の前記絶縁層上にライン状に形成され、
前記裏面電極層、前記光電変換層、前記透明電極層及び前記導電層の形状は、ライン状である請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記太陽電池セルは、集積型薄膜太陽電池セルである請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記太陽電池セルは、ＣＩＳ系薄膜型太陽電池セル、ＣＩＧＳ系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池セル、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか１つの薄膜型太陽電池セルを有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記光電変換層は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体を主成分とする層である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記光電変換層は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層である請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記光電変換層は、
Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、
Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、
Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層である請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記絶縁層が形成された前記金属基板は、陽極酸化処理されたアルミニウム基板からなり、前記絶縁層は、陽極酸化膜である請求項１〜１３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記アルミニウム基板は、複合材料からなる複合アルミニウム基板である請求項１４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】
前記複合アルミニウム基板は、鋼板を２枚のアルミニウム板で挟んだクラッド板、又はステンレス板とアルミニウム板とのクラッド板である請求項１５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１】
金属基板と、
該金属基板上に形成された絶縁層と、
該絶縁層上に形成され、直列接続される複数の太陽電池セルと、
該複数の太陽電池セルの両端部に設けられる２つの出力端子と、
前記複数の太陽電池セルの中央部側に接続される接地端子と、を有し、
各太陽電池セルは、
該絶縁層上に形成された裏面電極層と、
該裏面電極層上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層と、
該光電変換層上に形成された透明電極層と、を備え、
前記複数の太陽電池セルは、各太陽電池セルの前記透明電極層が、隣接する太陽電池セルの前記裏面電極層に接続されることにより、直列に接続され、
前記２つの出力端子は、前記複数の太陽電池セルの一方の端部の太陽電池セルの前記裏面電極層に接続される第１の出力端子と、他方の端部の太陽電池セルの前記透明電極層に接続される第２の出力端子とからなり、
さらに、前記複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス１０％〜マイナス１０％の範囲にある１つの接地用太陽電池セルの前記裏面電極層と前記金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、
前記接地端子は、前記金属基板に接続され、該金属基板及び前記導電層を介して前記接地用太陽電池セルに接続されることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルからプラス５％〜マイナス５％の範囲にある１つの太陽電池セルである請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルである請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記導電層は、前記接地用太陽電池セルの前記金属基板上の前記絶縁層を加熱超音波処理することにより導電化した層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記導電層は、少なくとも前記金属基板上の前記絶縁層上に前記裏面電極層を形成した後、少なくとも前記裏面電極層が形成された前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記導電層は、前記複数の太陽電池セルを形成した後、前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記導電層は、前記金属基板上に前記絶縁層を形成した後、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を除去し、その後、前記絶縁層及び前記金属基板上に前記裏面電極層を形成することにより前記金属基板上に形成される当該接地用太陽電池セルの前記裏面電極層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記複数の太陽電池セルは、複数のライン状の溝部によって分離され、それぞれ前記金属基板上の前記絶縁層上にライン状に形成され、
前記裏面電極層、前記光電変換層、前記透明電極層及び前記導電層の形状は、ライン状である請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記太陽電池セルは、集積型薄膜太陽電池セルである請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記太陽電池セルは、ＣＩＳ系薄膜型太陽電池セル、ＣＩＧＳ系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池セル、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか１つの薄膜型太陽電池セルを有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記光電変換層は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体を主成分とする層である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記光電変換層は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層である請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記光電変換層は、
Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、
Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、
Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を主成分とする層である請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記絶縁層が形成された前記金属基板は、陽極酸化処理されたアルミニウム基板からなり、前記絶縁層は、陽極酸化膜である請求項１〜１３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記アルミニウム基板は、複合材料からなる複合アルミニウム基板である請求項１４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】
前記複合アルミニウム基板は、鋼板を２枚のアルミニウム板で挟んだクラッド板、又はステンレス板とアルミニウム板とのクラッド板である請求項１５に記載の太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−７７１４９（Ｐ２０１１−７７１４９Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２４７６１（Ｐ２００９−２２４７６１）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【特許番号】特許第４６１２７３１号（Ｐ４６１２７３１）
【特許公報発行日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【特許番号】特許第４６１２７３１号（Ｐ４６１２７３１）
【特許公報発行日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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